JP2008016811A - Stripping method for photoresist - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体素子の製造方法に関し、特に、高濃度のイオン注入用バリアとして用いられるフォトレジストのストリップ方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for stripping a photoresist used as a barrier for ion implantation at a high concentration.
半導体素子の製造工程のうち、イオン注入工程では、通常、イオン注入用マスクとしてフォトレジストが利用されている。例えば、デュアルポリゲートなどの形成工程で、フォトレジストがイオン注入マスクとして用いられている。 Of the semiconductor device manufacturing processes, in the ion implantation process, a photoresist is usually used as an ion implantation mask. For example, a photoresist is used as an ion implantation mask in a process of forming a dual poly gate or the like.
図1A〜図1Cは、従来の技術に係るデュアルポリゲート形成方法を示す断面図であり、形成工程の各段階における素子の構造を示している。 1A to 1C are cross-sectional views illustrating a conventional method for forming a dual poly gate, showing the structure of an element at each stage of the forming process.
図1Aは、フォトレジストパターンを利用して、半導体基板のNMOS領域にN型不純物元素を注入した段階を示している。図1Aに示すように、NMOS領域とPMOS領域とが画定された半導体基板11に素子間を分離するための素子分離膜12を形成した後、半導体基板11上にゲート酸化膜13を形成し、ゲート酸化膜13上にゲートポリシリコン層14を形成する。 FIG. 1A shows a stage in which an N-type impurity element is implanted into an NMOS region of a semiconductor substrate using a photoresist pattern. As shown in FIG. 1A, after an element isolation film 12 for isolating elements is formed on a semiconductor substrate 11 in which an NMOS region and a PMOS region are defined, a gate oxide film 13 is formed on the semiconductor substrate 11, A gate polysilicon layer 14 is formed on gate oxide film 13.
続いて、NMOS領域を露出させ、PMOS領域を覆う第1フォトレジストパターン15を利用したN型不純物元素のイオン注入(N+IMP)により、NMOS領域のゲートポリシリコン層14にN型不純物元素をイオン注入してN型ドープトポリシリコン層14Aを形成する。 Subsequently, the NMOS region is exposed, and an N-type impurity element is implanted into the gate polysilicon layer 14 in the NMOS region by ion implantation (N + IMP) of the N-type impurity element using the first photoresist pattern 15 covering the PMOS region. Ion implantation is performed to form an N-type doped polysilicon layer 14A.
図1Bは、フォトレジストパターンを利用して、半導体基板のPMOS領域にP型不純物元素を注入した段階を示している。図1Bに示すように、第1フォトレジストパターン15をストリップした後、再びフォトレジストを塗布し、露光及び現像によりパターニングを行い、PMOS領域を露出させ、NMOS領域を覆う第2フォトレジストパターン16を形成する。 FIG. 1B shows a stage in which a P-type impurity element is implanted into the PMOS region of the semiconductor substrate using a photoresist pattern. As shown in FIG. 1B, after the first photoresist pattern 15 is stripped, a photoresist is applied again, patterning is performed by exposure and development, the PMOS region is exposed, and a second photoresist pattern 16 covering the NMOS region is formed. Form.
続いて、第2フォトレジストパターン16を利用したP型不純物元素のイオン注入(P+IMP)により、PMOS領域のゲートポリシリコン層14にP型不純物元素を注入して、P型ドープトポリシリコン層14Bを形成する。 Subsequently, a P-type impurity element is implanted into the gate polysilicon layer 14 in the PMOS region by ion implantation (P + IMP) of a P-type impurity element using the second photoresist pattern 16, thereby forming a P-type doped polysilicon. Layer 14B is formed.
図1Cは、NMOS領域、PMOS領域に、それぞれゲートを形成した段階を示している。第2フォトレジストパターン16をストリップした後、全面にタングステンシリサイド層を形成した後、図1Cに示すように、ゲートのパターニングを行い、NMOS領域に、上部にタングステンシリサイド層17を有するN型ドープトポリシリコンからなるN+ポリゲート14Cを形成し、PMOS領域に、上部にタングステンシリサイド層17を有するP型ドープドポリシリコンからなるP+ポリゲート14Dを形成する。 FIG. 1C shows a stage in which gates are formed in the NMOS region and the PMOS region, respectively. After the second photoresist pattern 16 is stripped, a tungsten silicide layer is formed on the entire surface, and then, as shown in FIG. 1C, gate patterning is performed, and an N-type doped layer having a tungsten silicide layer 17 on the upper portion in the NMOS region. An N + poly gate 14C made of polysilicon is formed, and a P + poly gate 14D made of P-type doped polysilicon having a tungsten silicide layer 17 on top is formed in the PMOS region.
上述の従来の技術では、N+ポリゲート14CとP+ポリゲート14Dとからなるデュアルポリゲートを形成するために、ゲートポリシリコン層14に、それぞれN型の不純物元素(例えば、燐)、P型の不純物元素(例えば、ボロン)のイオン注入を行う。このとき、イオン注入量は、1×1015〜1×1016イオン/cm2の範囲であり、高密度のイオン注入が行われる。 In the above-described conventional technology, in order to form a dual polygate composed of the N + polygate 14C and the P + polygate 14D, an N-type impurity element (for example, phosphorus) and a P-type are formed in the gate polysilicon layer 14 respectively. Ion implantation of an impurity element (for example, boron) is performed. At this time, the ion implantation amount is in the range of 1 × 10 15 to 1 × 10 16 ions / cm 2 , and high-density ion implantation is performed.
従来の技術では、イオン注入後に、第1フォトレジストパターン15、第2フォトレジストパターン16をストリップするために、酸素及び窒素の混合ガス(O2/N2ガス)を用いている。 In the prior art, a mixed gas of oxygen and nitrogen (O 2 / N 2 gas) is used to strip the first photoresist pattern 15 and the second photoresist pattern 16 after ion implantation.
しかし、上記従来の技術の場合、高密度のイオン注入によって、第1フォトレジストパターン15及び第2フォトレジストパターン16が著しく硬化するため、フォトレジストのストリップが円滑に行われない。そのため、ストリップ後にも、除去されなかったフォトレジストの残留物が随所に残るという問題が生じている。このような問題は、ストリップの際に用いる酸素ガス(O2)がフォトレジストパターン内に存在する不純物元素(As、P、B)と反応して、不純物元素の酸化物(As2O3,P4O6,B2O3)の膜を形成し、その膜がフォトレジストパターンの表面を覆うことに起因している。 However, in the case of the above conventional technique, the first photoresist pattern 15 and the second photoresist pattern 16 are remarkably cured by high-density ion implantation, so that the photoresist strip is not smoothly performed. For this reason, there is a problem that photoresist residues that have not been removed remain everywhere after stripping. Such a problem is that oxygen gas (O 2 ) used in stripping reacts with impurity elements (As, P, B) present in the photoresist pattern, and oxides of the impurity elements (As 2 O 3 , This is because a film of P 4 O 6 , B 2 O 3 ) is formed and the film covers the surface of the photoresist pattern.
したがって、ストリップ時に除去されずに残ったフォトレジストの残留物によって、後続の工程で形成されるタングステンシリサイド層17の異常酸化が発生し、さらに、ポリゲート14C、14Dとタングステンシリサイド層17との界面の接合状態が不良であるため、ゲートのパターニング後、リフティング又はパーティクル発生の原因になるという問題点がある。 Therefore, the photoresist residue left without being removed at the time of stripping causes abnormal oxidation of the tungsten silicide layer 17 formed in the subsequent process, and further, at the interface between the polygates 14C and 14D and the tungsten silicide layer 17. Since the bonding state is poor, there is a problem that after the patterning of the gate, it causes lifting or particle generation.
また、イオン注入におけるドーピングレベルが高い場合には、フォトレジストが除去されにくいため、フォトレジストの除去に要する時間が長くなり、量産性が落ちるという問題がある。 In addition, when the doping level in ion implantation is high, the photoresist is difficult to remove, and thus there is a problem that the time required for removing the photoresist becomes long and mass productivity is reduced.
図1Dは、従来の技術によるフォトレジスト除去後の残留物を示す図であり、走査型電子顕微鏡(SEM)写真を示している。 FIG. 1D is a view showing a residue after removing a photoresist by a conventional technique, and shows a scanning electron microscope (SEM) photograph.
本発明は、上記従来の技術の問題を解決するためになされたものであって、その目的は、高濃度のイオン注入に用いられたフォトレジストを、残留物を残すことなく、容易にストリップできるフォトレジストのストリップ方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object thereof is to easily strip a photoresist used for high concentration ion implantation without leaving a residue. It is to provide a method for stripping a photoresist.
上記の目的を達成するための本発明に係るフォトレジストのストリップ方法は、所定の物質層上に、イオンを注入する部分を露出させたフォトレジストパターンを形成するステップと、前記フォトレジストパターンをイオン注入バリアとして、前記所定の物質層に不純物元素をイオン注入するステップと、少なくとも炭化水素系ガスを含む混合ガスのプラズマを用いて、前記フォトレジストパターンをストリップするステップとを含むことを特徴とする
また、本発明に係る別のフォトレジストのストリップ方法は、ポリシリコン層上に、前記ポリシリコン層の一部を露出させた第1フォトレジストパターンを形成するステップと、前記第1フォトレジストパターンをイオン注入バリアとして、前記ポリシリコン層に第1不純物元素をイオン注入するステップと、少なくともN2H2ガスを含む混合ガスのプラズマを用いて、前記第1フォトレジストパターンをストリップするステップと、前記ポリシリコン層上に、前記第1不純物元素がイオン注入された領域を除いた残りの領域を露出させた第2フォトレジストパターンを形成するステップと、前記第2フォトレジストパターンをイオン注入バリアとして、前記ポリシリコン層に第2不純物元素をイオン注入するステップと、少なくともN2H2ガスを含む混合ガスのプラズマを用いて、前記第2フォトレジストパターンをストリップするステップとを含むことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a photoresist strip method according to the present invention includes a step of forming a photoresist pattern exposing a portion into which ions are implanted on a predetermined material layer, and ionizing the photoresist pattern. The implantation barrier includes ion implantation of an impurity element into the predetermined material layer, and stripping the photoresist pattern using plasma of a mixed gas containing at least a hydrocarbon-based gas. According to another aspect of the present invention, there is provided a photoresist strip method comprising: forming a first photoresist pattern in which a part of the polysilicon layer is exposed on a polysilicon layer; and As an ion implantation barrier, a first impurity element is ion-implanted into the polysilicon layer. A step of stripping the first photoresist pattern using plasma of a mixed gas containing at least N 2 H 2 gas; and the first impurity element is ion-implanted on the polysilicon layer. Forming a second photoresist pattern that exposes the remaining region excluding the region; implanting a second impurity element into the polysilicon layer using the second photoresist pattern as an ion implantation barrier; And stripping the second photoresist pattern using a mixed gas plasma containing at least N 2 H 2 gas.
以下、本発明の最も好ましい実施の形態を、添付した図面を参照しながら説明する。
(第1の実施の形態)
図2A〜図2Dは、本発明の第1の実施の形態に係るフォトレジストのストリップ方法を説明するための図であり、フォトレジストを用いる工程の各段階における基板部を含む構造を示す断面図である。以下のフォトレジストのストリップ方法は、一例としてデュアルポリゲート形成後のストリップ方法に関するものである。
Hereinafter, the most preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(First embodiment)
2A to 2D are views for explaining the photoresist stripping method according to the first embodiment of the present invention, and are sectional views showing a structure including a substrate portion at each stage of the process using the photoresist. It is. The following photoresist strip method relates to a strip method after forming a dual poly gate as an example.
図2Aは、フォトレジストパターンを利用して、半導体基板のNMOS領域にN型不純物元素を注入する段階を示している。図2Aに示すように、NMOS領域とPMOS領域とが画定された半導体基板21に、NMOS領域とPMOS領域とを分離するための素子分離膜22を形成する。 FIG. 2A shows a step of implanting an N-type impurity element into the NMOS region of the semiconductor substrate using a photoresist pattern. As shown in FIG. 2A, an element isolation film 22 for separating the NMOS region and the PMOS region is formed on the semiconductor substrate 21 in which the NMOS region and the PMOS region are defined.
その後、半導体基板21上にゲート酸化膜23を形成して、ゲート酸化膜23上にゲートポリシリコン層24を形成する。 Thereafter, a gate oxide film 23 is formed on the semiconductor substrate 21, and a gate polysilicon layer 24 is formed on the gate oxide film 23.
続いて、ゲートポリシリコン層24上にフォトレジストを塗布し、露光及び現像によるパターニングを行い、NMOS領域を露出させ、PMOS領域を覆う第1フォトレジストパターン25を形成する。 Subsequently, a photoresist is applied onto the gate polysilicon layer 24, and patterning is performed by exposure and development to expose the NMOS region and form a first photoresist pattern 25 that covers the PMOS region.
次に、第1フォトレジストパターン25を利用してN型不純物元素のイオン注入(N+IMP)を行い、NMOS領域のゲートポリシリコン層24にN型不純物元素を注入し、N型ドープトポリシリコン層24Aを形成する。このN型不純物元素は燐(P)又は砒素(As)であり、イオン注入量は1×1016イオン/cm2程度の非常に高いレベルとし、イオン注入エネルギは低いレベルとする。 Next, ion implantation (N + IMP) of an N-type impurity element is performed using the first photoresist pattern 25, an N-type impurity element is implanted into the gate polysilicon layer 24 in the NMOS region, and N-type doped poly A silicon layer 24A is formed. The N-type impurity element is phosphorus (P) or arsenic (As), and the ion implantation amount is set to a very high level of about 1 × 10 16 ions / cm 2 and the ion implantation energy is set to a low level.
N型不純物元素のイオン注入(N+IMP)後、NMOS領域上にはN型ドープトポリシリコン層24Aが形成され、PMOS領域の上にはイオン注入されない状態のゲートポリシリコン層24が残留する。以下、N型ドープトポリシリコン層24Aを「N+ポリシリコン層24A」と略記する。 After ion implantation (N + IMP) of an N-type impurity element, an N-type doped polysilicon layer 24A is formed on the NMOS region, and a gate polysilicon layer 24 in a state where ions are not implanted remains on the PMOS region. . Hereinafter, the N-type doped polysilicon layer 24A is abbreviated as “N + polysilicon layer 24A”.
図2Bは、PMOS領域上のフォトレジストをストリップした段階を示している。図2Bに示すように、図2Aに示した第1フォトレジストパターン25をストリップする。このとき、第1フォトレジストパターン25のストリップには、主として、酸素ガス(以下、「O2」と記すことがある)及び窒素ガス(以下、「N2」と記すことがある)の混合ガス(O2/N2)に、さらに炭化水素系ガス(CH4ガス(以下、「CH4」と記すことがある)又はC2H4ガス(以下、「C2H4」と記すことがある))を添加した混合ガスをソースガスとするプラズマを用いる。すなわち、第1フォトレジストパターン25のストリップに用いるガスは、主として、O2/N2/CH4、O2/N2/C2H4の混合ガスであり、このほか、CH4ガス又はC2H4ガスを単独でも用いる。 FIG. 2B shows the step of stripping the photoresist over the PMOS region. As shown in FIG. 2B, the first photoresist pattern 25 shown in FIG. 2A is stripped. At this time, the strip of the first photoresist pattern 25 is mainly a mixed gas of oxygen gas (hereinafter sometimes referred to as “O 2 ”) and nitrogen gas (hereinafter sometimes referred to as “N 2 ”). (O 2 / N 2 ) may be further described as a hydrocarbon-based gas (CH 4 gas (hereinafter sometimes referred to as “CH 4 ”) or C 2 H 4 gas (hereinafter referred to as “C 2 H 4 ”). A plasma using a mixed gas added with a) is used as a source gas. That is, the gas used for stripping the first photoresist pattern 25 is mainly a mixed gas of O 2 / N 2 / CH 4 , O 2 / N 2 / C 2 H 4 , and in addition, CH 4 gas or C 4 2 H 4 gas is used alone.
ここで、メタン(CH4)又はエチレン(C2H4)のような炭化水素系ガスは、第1フォトレジストパターン25の内部に含まれる不純物元素を外部に除去するガスである。これらのCH4ガスは沸点が−163℃、C2H4ガスは沸点が−103℃であるため、気体の状態で第1フォトレジストパターン25内の不純物元素と低温で簡単に反応して水素化物を形成し、不純物元素を水素化物の形でレジスト層外に除去することが可能である。 Here, the hydrocarbon-based gas such as methane (CH 4 ) or ethylene (C 2 H 4 ) is a gas for removing the impurity element contained in the first photoresist pattern 25 to the outside. Since these CH 4 gases have a boiling point of −163 ° C. and C 2 H 4 gas has a boiling point of −103 ° C., they easily react with impurity elements in the first photoresist pattern 25 in a gaseous state at a low temperature. The impurity element can be formed and the impurity element can be removed from the resist layer in the form of a hydride.
第1フォトレジストパターン25のストリップの際には、上記混合ガスをソースガスとするプラズマを用いる。プラズマを発成させるためのエネルギ源には、マイクロ波及びRFバイアスを同時に用いる(すなわち、併用する)。また、プラズマソースガスは、上記のように、少なくとも炭化水素系ガスを含むガスであり、例えば、CH4ガス又はC2H4ガスを単独で用いる場合、これらのガスに適量のO2ガスを混合して用いる場合がある。すなわち、CH4,C2H4,CH4/O2,C2H4/O2のガスを用いることになる。ここで、O2ガスを混合する場合には、CH4:O2又はC2H4:O2の混合比を、体積割合で、4〜10:1にして、O2ガスに比べ炭化水素系ガスの量がより多くなるようにする。 When stripping the first photoresist pattern 25, plasma using the mixed gas as a source gas is used. As an energy source for generating a plasma, a microwave and an RF bias are simultaneously used (that is, combined). In addition, as described above, the plasma source gas is a gas containing at least a hydrocarbon-based gas. For example, when CH 4 gas or C 2 H 4 gas is used alone, an appropriate amount of O 2 gas is added to these gases. It may be used as a mixture. That is, gases of CH 4 , C 2 H 4 , CH 4 / O 2 , and C 2 H 4 / O 2 are used. Here, in the case of mixing O 2 gas, the mixing ratio of CH 4 : O 2 or C 2 H 4 : O 2 is 4 to 10: 1 by volume ratio, and hydrocarbons are compared with O 2 gas. Increase the amount of system gas.
上記の条件による第1フォトレジストパターン25のストリップは、1回のストリップを、次の第1ステップ、第2ステップ及び第3ステップの順で3回に分けて実施する。以下、CH4及びO2の混合ガスを用いる場合について説明する。 The strip of the first photoresist pattern 25 under the above-described conditions is performed by dividing one strip into three times in the order of the next first step, second step and third step. Hereinafter, a case where a mixed gas of CH 4 and O 2 is used will be described.
第1ステップは、CH4ガス及びO2ガスの混合ガスをソースガスとしたプラズマを用いて、低温(100〜160℃)で処理を行う。また、第2ステップは、CH4ガス及びO2ガスの混合ガスをソースガスとしたプラズマを用いて、第1ステップより高い温度(200〜250℃)で処理を行う。最後の第3ステップは、CH4ガス単独をソースガスとしたプラズマを用いて処理を行う。 In the first step, processing is performed at a low temperature (100 to 160 ° C.) using plasma using a mixed gas of CH 4 gas and O 2 gas as a source gas. In the second step, processing is performed at a higher temperature (200 to 250 ° C.) than in the first step using plasma using a mixed gas of CH 4 gas and O 2 gas as a source gas. In the final third step, processing is performed using plasma using CH 4 gas alone as a source gas.
上記のように、第1ステップでは、100〜160℃の範囲の低温で、CH4ガス及びO2ガスの混合ガスをソースガスとしたプラズマを用いる。ここで、CH4プラズマは、不純物元素(例えば、砒素(As))を離脱させるフォーミングガスとしての役割を果すものである。すなわち、イオン注入の際に第1フォトレジストパターン25の内部に注入された砒素(As)を、第1フォトレジストパターン25の内部から外部に除去する役割を果す。そして、O2プラズマは、第1フォトレジストパターン25をストリップする役割を果すものである。 As described above, in the first step, plasma using a mixed gas of CH 4 gas and O 2 gas as a source gas at a low temperature in the range of 100 to 160 ° C. is used. Here, the CH 4 plasma serves as a forming gas for releasing an impurity element (for example, arsenic (As)). That is, the arsenic (As) implanted into the first photoresist pattern 25 during ion implantation serves to remove the arsenic (As) from the inside of the first photoresist pattern 25 to the outside. The O 2 plasma plays a role of stripping the first photoresist pattern 25.
上記の第1ステップを低温で行う理由は、O2プラズマが砒素(As)と反応してAs2O3が生成することを抑制し、CH4プラズマによる砒素(As)の離脱が発生しやすいようにするためである。すなわち、100〜160℃の範囲の低温では、O2プラズマによるAs2O3の生成よりも、CH4プラズマによる砒素(As)の離脱が先行して発生し、その後、O2プラズマによって第1フォトレジストパターン25がストリップされる。 The reason why the first step is performed at a low temperature is that O 2 plasma is prevented from reacting with arsenic (As) to generate As 2 O 3, and arsenic (As) is likely to be detached by CH 4 plasma. It is for doing so. That is, in the low temperature range of 100 to 160 ° C., than the generation of As 2 O 3 by the O 2 plasma, separation of arsenic (As) due to CH 4 plasma is generated in advance, then, first by O 2 plasma Photoresist pattern 25 is stripped.
次に、第1フォトレジストパターン25の内部に残留している砒素(As)の離脱過程を化学反応式に基づいて説明する。 Next, the detachment process of arsenic (As) remaining in the first photoresist pattern 25 will be described based on a chemical reaction formula.
CH4ガス及びO2ガスの混合ガスをプラズマ源とする場合、電気エネルギ(マイクロ波及びRFバイアス)を同時に印加すると、加速された電子との衝突によって、CH4ガス及びO2ガスがプラズマ状態(プラスイオン、マイナスイオン、電子、ラジカルなど)に活性化される。CH4/O2ガスがプラズマ化されて生成したイオン、ラジカルなどがフォトレジストのストリップ及び不純物元素の離脱に関与する。第1ステップ〜第3ステップでは、プラズマ生成のためにマイクロ波(MW)とRFバイアスとを同時に用いる。したがって、第1ステップ〜第3ステップにおける処理の際、CH4ガスは、CH4−MWプラズマ及びCH4−RFバイアスプラズマとなって、その役割を果し、O2はO2−MWプラズマ及びO2−RFバイアスプラズマとなって、その役割を果すことになる。 When a mixed gas of CH 4 gas and O 2 gas is used as a plasma source, when electrical energy (microwave and RF bias) is applied simultaneously, the CH 4 gas and O 2 gas are in a plasma state due to collision with accelerated electrons. It is activated by (positive ion, negative ion, electron, radical, etc.). Ions, radicals, etc. generated by converting the CH 4 / O 2 gas into plasma are involved in the stripping of the photoresist and the removal of impurity elements. In the first to third steps, a microwave (MW) and an RF bias are used simultaneously for plasma generation. Therefore, during the processing in the first step to the third step, the CH 4 gas becomes CH 4 -MW plasma and CH 4 -RF bias plasma and plays its role, and O 2 is O 2 -MW plasma and It becomes O 2 -RF bias plasma and plays its role.
以下、砒素(As)の離脱過程を、化学反応式に基づいて詳しく説明する。
化学反応1:
2As+6H*→As2H6(気体)
As+O*/O3→As2O3(固体)
As2O3+12H*→As2H6(気体)+3H2O(気体)
化学反応1において、Asは第1フォトレジストパターン25の内部に残留している砒素であり、H*はCH4プラズマに含まれる水素ラジカルである。そして、O*/O3はO2プラズマに含まれる酸素ラジカル/オゾンである。
Hereinafter, the arsenic (As) elimination process will be described in detail based on the chemical reaction formula.
Chemical reaction 1:
2As + 6H * → As 2 H 6 (gas)
As + O * / O 3 → As 2 O 3 (solid)
As 2 O 3 + 12H * → As 2 H 6 (gas) + 3H 2 O (gas)
In the chemical reaction 1, As is arsenic remaining in the first photoresist pattern 25, and H * is a hydrogen radical contained in the CH 4 plasma. O * / O 3 is oxygen radicals / ozone contained in the O 2 plasma.
化学反応1によると、第1フォトレジストパターン25の内部に残留しているAsは、H*と反応してAs2H6(気体)として気化する。 According to the chemical reaction 1, As remaining in the first photoresist pattern 25 reacts with H * and is vaporized as As 2 H 6 (gas).
また、第1フォトレジストパターン25の内部に残留しているAsが、O2プラズマに含まれるO*やO3と反応して固体状のAs2O3が生成する。固体状のAs2O3が生成しても、As2O3はH*と反応してAs2H6(気体)として気化する。ここで、As2O3とH*との反応副生物である3H2Oは、気体として揮発する。 In addition, As remaining in the first photoresist pattern 25 reacts with O * and O 3 contained in the O 2 plasma to produce solid As 2 O 3 . Even when solid As 2 O 3 is produced, As 2 O 3 reacts with H * and vaporizes as As 2 H 6 (gas). Here, 3H 2 O which is a reaction byproduct of As 2 O 3 and H * is volatilized as a gas.
従来の技術のようにO2ガスのみを用いてフォトレジストをストリップする方法では、フォトレジストの内部に存在するAsがO2ガスと反応して固体状のAs2O3を生成する反応、すなわち、不純物元素による酸化膜の生成が、O2ガスによるフォトレジストパターンのストリップに先行して発生する。そのため、O2ガスによるフォトレジストパターンのストリップがAs2O3膜によって阻害される。 In the method of strip photoresist using only O 2 gas as in the conventional art, As present inside the photoresist to produce a solid As 2 O 3 reacts with O 2 gas reaction, ie Then, the generation of the oxide film by the impurity element occurs prior to the strip of the photoresist pattern by the O 2 gas. Therefore, the strip of the photoresist pattern by O 2 gas is inhibited by the As 2 O 3 film.
本発明に係る実施の形態の場合には、第1ステップを行う際、CH4ガス及びO2ガスの混合ガスをソースとしたプラズマを用いるので、第1フォトレジストパターン25の内部に残留している砒素(As)を外部に離脱させることが可能であり、それによって第1フォトレジストパターン25の表面に固体状のAs2O3膜が形成されることを防止することができる。 In the case of the embodiment according to the present invention, when the first step is performed, plasma using a mixed gas of CH 4 gas and O 2 gas as a source is used, so that it remains inside the first photoresist pattern 25. Arsenic (As) that is present can be released to the outside, thereby preventing the formation of a solid As 2 O 3 film on the surface of the first photoresist pattern 25.
次に、第1ステップに続いて第2ステップを行う。この第2ステップでは、第1ステップに比べて高い温度条件(200〜250℃)とし、第1ステップの場合と同じ混合ガス(CH4ガス及びO2ガスの混合ガス)をソースガスとするプラズマを用いる。ここで、第2ステップの温度条件を第1ステップより高くする理由は、高温(200〜250℃)の方が、第1フォトレジストパターン25のストリップ速度をさらに速くすることができるためである。 Next, a second step is performed following the first step. In this second step, plasma is set to a higher temperature condition (200 to 250 ° C.) than in the first step, and the same mixed gas (mixed gas of CH 4 gas and O 2 gas) as in the first step is used as the source gas. Is used. Here, the reason why the temperature condition of the second step is set higher than that of the first step is that the strip speed of the first photoresist pattern 25 can be further increased at a high temperature (200 to 250 ° C.).
したがって、第1ステップの際には、第1フォトレジストパターン25のストリップ作用よりは不純物元素の砒素(As)の離脱が優先的に進行し、第2ステップの際には、すでに砒素(As)が除去されている状態であるため、O2ガスプラズマによる第1フォトレジストパターン25のストリップが主に進行する。仮に、フォトレジストのストリップを、はじめから高温で行うと、ポッピング(popping)などの問題が発生するため、ストリップ率が低下する。したがって、低温で第1ステップを行った後、より高温で第2ステップを行う方が、フォトレジストのストリップ率を向上させる観点からも有利である。 Accordingly, the detachment of the impurity element arsenic (As) proceeds preferentially over the strip action of the first photoresist pattern 25 during the first step, and arsenic (As) has already been achieved during the second step. Therefore, stripping of the first photoresist pattern 25 by O 2 gas plasma mainly proceeds. If stripping of the photoresist is performed at a high temperature from the beginning, problems such as popping occur and the strip rate decreases. Therefore, it is advantageous from the viewpoint of improving the strip rate of the photoresist to perform the second step at a higher temperature after performing the first step at a low temperature.
最後に、第2ステップに続き第3ステップを実施する。この第3ステップでは、CH4ガス単独をソースガスとするプラズマを用いることにより、第2ステップまでの段階で発生したストリップ副生物中に残留している可能性がある砒素(As)を除去する。すなわち、第3ステップは、第1フォトレジストパターン25をストリップした後に残留するストリップ副生物中に残っている不純物元素を除去する処理である。 Finally, the third step is performed following the second step. In this third step, arsenic (As) that may remain in the strip by-product generated up to the second step is removed by using plasma using CH 4 gas alone as a source gas. . That is, the third step is a process of removing the impurity element remaining in the strip byproduct remaining after the first photoresist pattern 25 is stripped.
上述のような一連の第1ステップ〜第3ステップによって、第1フォトレジストパターン25は、フォトレジストが残留することなく、基板面からすべて除去される。 Through the series of first to third steps as described above, the first photoresist pattern 25 is completely removed from the substrate surface without the photoresist remaining.
一方、N+ポリシリコン層24Aに燐(P)が注入されている場合には、次のような化学反応2によって燐(P)が離脱する。
化学反応2:
P+3H*→PH3(気体)
P+O*/O3→P4O6(固体)又はP4O10(固体)
P4O6+24H*→4PH3(気体)+6H2O(気体)
P4O10+32H*→4PH3(気体)+10H2O(気体)
図2Cは、フォトレジストパターンを利用して、半導体基板のPMOS領域にP型不純物元素を注入する段階を示している。上述のような一連の方法によって、第1フォトレジストパターン25をストリップした後、図2Cに示すように、再びフォトレジストを塗布し、露光及び現像を行い、第2フォトレジストパターン26を形成する。
On the other hand, when phosphorus (P) is implanted into the N + polysilicon layer 24A, phosphorus (P) is released by the following chemical reaction 2.
Chemical reaction 2:
P + 3H * → PH 3 (gas)
P + O * / O 3 → P 4 O 6 (solid) or P 4 O 10 (solid)
P 4 O 6 + 24H * → 4PH 3 (gas) + 6H 2 O (gas)
P 4 O 10 + 32H * → 4PH 3 (gas) + 10H 2 O (gas)
FIG. 2C shows a step of implanting a P-type impurity element into the PMOS region of the semiconductor substrate using a photoresist pattern. After the first photoresist pattern 25 is stripped by a series of methods as described above, as shown in FIG. 2C, a photoresist is applied again, and exposure and development are performed to form a second photoresist pattern 26.
すなわち、N+ポリシリコン層24Aとゲートポリシリコン層24とが共存する状態で、全面にフォトレジストを塗布した後露光及び現像によりパターニングを行い、PMOS領域を露出させ、NMOS領域を覆う第2フォトレジストパターン26を形成する。 That is, in a state where the N + polysilicon layer 24A and the gate polysilicon layer 24 coexist, a photoresist is applied to the entire surface, followed by patterning by exposure and development, exposing the PMOS region, and covering the NMOS region. A resist pattern 26 is formed.
次に、第2フォトレジストパターン26を利用してP型不純物元素のイオン注入(P+IMP)を行い、PMOS領域のゲートポリシリコン層24にP型不純物元素を注入して、P型ポリシリコン層24Bを形成する。このとき、P型不純物元素には、例えばボロン(B)を用い、イオン注入量は1×1016イオン/cm2程度の非常に高いレベルとし、イオン注入エネルギは低いレベルとする。 Next, ion implantation (P + IMP) of a P-type impurity element is performed using the second photoresist pattern 26, and a P-type impurity element is implanted into the gate polysilicon layer 24 in the PMOS region. Layer 24B is formed. At this time, for example, boron (B) is used as the P-type impurity element, the ion implantation amount is set to a very high level of about 1 × 10 16 ions / cm 2 , and the ion implantation energy is set to a low level.
図2Dは、NMOS領域上のフォトレジストをストリップした段階を示している。図2Dに示すように、図2Cに示した第2フォトレジストパターン26をストリップする。このとき、第2フォトレジストパターン26のストリップには、酸素(O2)及び窒素(N2)の混合ガス(O2/N2)に、さらにCH4、C2H4などの炭化水素系ガスを添加した混合ガスをソースガスとするプラズマを用いる。すなわち、第2フォトレジストパターン26のストリップに用いるガスは、主として、O2/N2/CH4又はO2/N2/C2H4の混合ガスであり、このほか、CH4ガス、C2H4ガスを単独でも用いる。 FIG. 2D shows the step of stripping the photoresist over the NMOS region. As shown in FIG. 2D, the second photoresist pattern 26 shown in FIG. 2C is stripped. At this time, the strip of the second photoresist pattern 26 includes a mixed gas (O 2 / N 2 ) of oxygen (O 2 ) and nitrogen (N 2 ), and a hydrocarbon system such as CH 4 and C 2 H 4. Plasma using a mixed gas to which a gas is added as a source gas is used. That is, the gas used for the strip of the second photoresist pattern 26 is mainly a mixed gas of O 2 / N 2 / CH 4 or O 2 / N 2 / C 2 H 4 , in addition to CH 4 gas, C 4 2 H 4 gas is used alone.
ここで、CH4ガス、C2H4ガスなどの炭化水素系ガスは、第2フォトレジストパターン26の内部に含まれる不純物元素を外部に除去するガスである。これらのガスのうち、CH4ガスは沸点が−163℃、C2H4ガスは沸点が−103℃であるため、気体の状態で第2フォトレジストパターン26内の不純物元素と反応して簡単に水素化物を形成し、不純物元素を水素化物の形でレジスト層外に除去することが可能である。 Here, the hydrocarbon gas such as CH 4 gas or C 2 H 4 gas is a gas for removing the impurity element contained in the second photoresist pattern 26 to the outside. Among these gases, CH 4 gas has a boiling point of −163 ° C., and C 2 H 4 gas has a boiling point of −103 ° C., and thus reacts easily with the impurity element in the second photoresist pattern 26 in a gas state. It is possible to form a hydride and remove the impurity element from the resist layer in the form of a hydride.
第2フォトレジストパターン26のストリップの際には、プラズマ生成のための電気エネルギとして、マイクロ波及びRFバイアスを同時に用いる。また、プラズマソースガスには、上記のように、少なくとも炭化水素系ガスを含むガス、例えば、CH4ガス又はC2H4ガスを単独で用いる場合、それらのガスに適量のO2ガスを混合して用いる場合がある。すなわち、CH4,C2H4,CH4/O2,C2H4/O2のガスを用いることになる。ここで、O2ガスを混合する場合には、CH4:O2又はC2H4:O2の混合比を、体積割合で、4〜10:1にして、O2ガスに比べ炭化水素系ガスの流量がより多くなるようにする。 When stripping the second photoresist pattern 26, a microwave and an RF bias are simultaneously used as electrical energy for plasma generation. Further, as described above, when a gas containing at least a hydrocarbon-based gas, for example, CH 4 gas or C 2 H 4 gas is used alone as the plasma source gas, an appropriate amount of O 2 gas is mixed with those gases. May be used. That is, gases of CH 4 , C 2 H 4 , CH 4 / O 2 , and C 2 H 4 / O 2 are used. Here, in the case of mixing O 2 gas, the mixing ratio of CH 4 : O 2 or C 2 H 4 : O 2 is 4 to 10: 1 by volume ratio, and hydrocarbons are compared with O 2 gas. Increase the flow rate of the system gas.
上記の条件による第2フォトレジストパターン26のストリップは、次の第1ステップ、第2ステップ及び第3ステップの順で3回に分けて実施する。以下、CH4及びO2の混合ガスを用いる場合について説明する。 Stripping of the second photoresist pattern 26 under the above conditions is performed in three steps in the order of the following first step, second step, and third step. Hereinafter, a case where a mixed gas of CH 4 and O 2 is used will be described.
第1ステップは、CH4ガス及びO2ガスの混合ガスをソースガスとしたプラズマを用いて、低温(100〜160℃)で処理を行う。また、第2ステップは、CH4ガス及びO2ガスの混合ガスをソースガスとしたプラズマを用いて、第1ステップより高い温度(200〜250℃)で処理を行う。最後の第3ステップは、CH4ガス単独をソースガスとしたプラズマを用いて処理を行う。 In the first step, processing is performed at a low temperature (100 to 160 ° C.) using plasma using a mixed gas of CH 4 gas and O 2 gas as a source gas. In the second step, processing is performed at a higher temperature (200 to 250 ° C.) than in the first step using plasma using a mixed gas of CH 4 gas and O 2 gas as a source gas. In the final third step, processing is performed using plasma using CH 4 gas alone as a source gas.
上記のように、第1ステップでは、100〜160℃の範囲の低温で、CH4ガス及びO2ガスの混合ガスをソースガスとしたプラズマを用いる。ここで、CH4プラズマは、不純物元素(例えば、ボロン(B))を離脱させるフォーミングガスとしての役割を果すものである。すなわち、イオン注入の際に第2フォトレジストパターン26の内部に注入されたボロン(B)を、第2フォトレジストパターン26の内部から外部に除去する役割を果す。そして、O2プラズマは、第2フォトレジストパターン26をストリップする役割を果すものである。 As described above, in the first step, plasma using a mixed gas of CH 4 gas and O 2 gas as a source gas at a low temperature in the range of 100 to 160 ° C. is used. Here, the CH 4 plasma serves as a forming gas for separating impurity elements (for example, boron (B)). That is, the boron (B) implanted into the second photoresist pattern 26 at the time of ion implantation is removed from the inside of the second photoresist pattern 26 to the outside. The O 2 plasma serves to strip the second photoresist pattern 26.
上記の第1ステップを低温で行う理由は、O2プラズマがボロン(B)と反応してB2O3が生成することを抑制し、CH4プラズマによるボロン(B)の離脱が発生しやすいようにするためである。すなわち、100〜160℃の範囲の低温では、O2プラズマによるB2O3の生成よりも、CH4プラズマによるボロン(B)の離脱が先行して発生し、その後、O2プラズマによって第2フォトレジストパターン26がストリップされる。 The reason why the first step is performed at a low temperature is that the O 2 plasma reacts with boron (B) to suppress the formation of B 2 O 3 , and the separation of boron (B) by the CH 4 plasma is likely to occur. It is for doing so. That is, in the low temperature range of 100 to 160 ° C., than the generation of B 2 O 3 by the O 2 plasma, generated in advance is separation of boron (B) according to CH 4 plasma, then, the second by O 2 plasma Photoresist pattern 26 is stripped.
次に、第2フォトレジストパターン26の内部に残留しているボロン(B)の離脱過程を化学反応式に基づいて説明する。 Next, the process of removing boron (B) remaining in the second photoresist pattern 26 will be described based on the chemical reaction formula.
CH4ガス及びO2ガスの混合ガスをプラズマ源とする場合、電気エネルギとして、マイクロ波及びRFバイアスを同時に印加すると、加速された電子との衝突によって、CH4ガス及びO2ガスがプラズマ状態(プラスイオン、マイナスイオン、電子、ラジカルなど)となり活性化される。CH4/O2ガスがプラズマ化されて生成したイオン、ラジカルなどがフォトレジストのストリップ及び不純物元素の離脱に関与する。第1ステップ〜第3ステップでは、プラズマ生成のためにマイクロ波(MW)とRFバイアスとを同時に用いる。したがって、第1ステップ〜第3ステップにおける処理の際、CH4ガスは、CH4−MWプラズマ及びCH4−RFバイアスプラズマとなって、その役割を果し、O2はO2−MWプラズマ及びO2−RFバイアスプラズマとなって、その役割を果すことになる。 When a mixed gas of CH 4 gas and O 2 gas is used as a plasma source, when microwave and RF bias are simultaneously applied as electric energy, CH 4 gas and O 2 gas are in a plasma state due to collision with accelerated electrons. (Positive ions, negative ions, electrons, radicals, etc.) are activated. Ions, radicals, etc. generated by converting the CH 4 / O 2 gas into plasma are involved in the stripping of the photoresist and the removal of impurity elements. In the first to third steps, a microwave (MW) and an RF bias are used simultaneously for plasma generation. Therefore, during the processing in the first step to the third step, the CH 4 gas becomes CH 4 -MW plasma and CH 4 -RF bias plasma and plays its role, and O 2 is O 2 -MW plasma and It becomes O 2 -RF bias plasma and plays its role.
以下、ボロン(B)の離脱過程を、化学反応式に基づいて詳しく説明する。
化学反応3:
2B+6H*→B2H6(気体)
B+O*/O3→B2O3(固体)
B2O3+12H*→B2H6(気体)+3H2O(気体)
化学反応3において、Bは第2フォトレジストパターン26の内部に残留しているボロンであり、H*はCH4プラズマに含まれる水素ラジカルである。そして、O*/O3はO2プラズマに含まれる酸素ラジカル/オゾンである。
Hereinafter, the process of removing boron (B) will be described in detail based on the chemical reaction formula.
Chemical reaction 3:
2B + 6H * → B 2 H 6 (gas)
B + O * / O 3 → B 2 O 3 (solid)
B 2 O 3 + 12H * → B 2 H 6 (gas) + 3H 2 O (gas)
In the chemical reaction 3, B is boron remaining inside the second photoresist pattern 26, and H * is a hydrogen radical contained in the CH 4 plasma. O * / O 3 is oxygen radicals / ozone contained in the O 2 plasma.
化学反応3によると、第2フォトレジストパターン26の内部に残留しているボロン(B)は、H*と反応してB2H2(気体)として気化する。 According to the chemical reaction 3, boron (B) remaining inside the second photoresist pattern 26 reacts with H * and is vaporized as B 2 H 2 (gas).
また、第2フォトレジストパターン26の内部に残留しているボロン(B)がO2プラズマに含まれるO*やO3と反応して固体状のB2O3が生成する。固体状のB2O3が生成したとしても、生成したB2O3はH*と反応してB2H2(気体)として気化する。ここで、B2O3とH*との反応副生物である3H2Oは、気体として揮発する。 Further, boron (B) remaining in the second photoresist pattern 26 reacts with O * and O 3 contained in the O 2 plasma to generate solid B 2 O 3 . Even if solid B 2 O 3 is produced, the produced B 2 O 3 reacts with H * and is vaporized as B 2 H 2 (gas). Here, 3H 2 O which is a reaction byproduct of B 2 O 3 and H * is volatilized as a gas.
従来の技術のようにO2ガスのみを用いてフォトレジストをストリップする方法では、フォトレジストの内部に存在するボロン(B)がO2ガスと反応して固体状のB2O3を生成する反応、すなわち、不純物元素による酸化膜の生成が、O2ガスによるフォトレジストパターンのストリップに先行して発生する。そのため、O2ガスによるフォトレジストパターンのストリップがB2O3膜によって阻害される。 In the conventional method of stripping a photoresist using only O 2 gas, boron (B) existing inside the photoresist reacts with O 2 gas to generate solid B 2 O 3 . The reaction, that is, the formation of an oxide film by the impurity element, occurs prior to the strip of the photoresist pattern by O 2 gas. Therefore, the strip of the photoresist pattern by O 2 gas is inhibited by the B 2 O 3 film.
本発明に係る実施の形態の場合には、第1ステップを行う際、CH4ガス及びO2ガスの混合ガスをソースガスとしたプラズマを用いるので、第2フォトレジストパターン26の内部に残留しているボロン(B)を外部に離脱させることが可能であり、それによって第2フォトレジストパターン26の表面に固体状のB2O3膜が形成されることを防止することができる。 In the case of the embodiment according to the present invention, when the first step is performed, plasma using a mixed gas of CH 4 gas and O 2 gas as a source gas is used, so that it remains inside the second photoresist pattern 26. Boron (B) can be released to the outside, thereby preventing the formation of a solid B 2 O 3 film on the surface of the second photoresist pattern 26.
次に、第1ステップに続いて第2ステップを行う。この第2ステップは、第1ステップに比べて高い温度条件(200〜250℃)とし、第1ステップの場合と同じ混合ガス(CH4ガス及びO2ガスの混合ガス)をソースガスとするプラズマを用いる。ここで、第2ステップの温度条件を第1ステップより高くする理由は、高温(200〜250℃)の方が、第2フォトレジストパターン26のストリップ速度をさらに速くすることができるためである。 Next, a second step is performed following the first step. The second step is a plasma that uses a higher temperature condition (200 to 250 ° C.) than the first step and uses the same mixed gas (a mixed gas of CH 4 gas and O 2 gas) as that of the first step as a source gas. Is used. Here, the reason why the temperature condition of the second step is set higher than that of the first step is that the strip speed of the second photoresist pattern 26 can be further increased at a high temperature (200 to 250 ° C.).
したがって、第1ステップの際には、第2フォトレジストパターン26のストリップ作用よりは、不純物元素のボロン(B)の離脱が優先的に進行し、第2ステップの際には、すでにボロン(B)が除去された状態であるため、実質的O2ガスプラズマによる第2フォトレジストパターン26のストリップが主に進行する。 Accordingly, in the first step, the removal of boron (B) of the impurity element preferentially proceeds over the strip action of the second photoresist pattern 26, and in the second step, boron (B ) Is removed, the strip of the second photoresist pattern 26 by the substantial O 2 gas plasma proceeds mainly.
最後に、第2ステップに続き第3ステップを実施する。この第3ステップでは、CH4ガス単独をソースガスとするプラズマを用いることにより、第2ステップまでの段階で発生したストリップ副生物中に残留している可能性のあるボロン(B)を除去する。すなわち、第3ステップは、第2フォトレジストパターン26をストリップした後に残留するストリップ副生物中に残っている不純物元素であるボロン(B)を除去する処理である。 Finally, the third step is performed following the second step. In the third step, boron (B) that may remain in the strip by-product generated up to the second step is removed by using plasma using CH 4 gas alone as a source gas. . That is, the third step is a process of removing boron (B), which is an impurity element remaining in the strip byproduct remaining after the second photoresist pattern 26 is stripped.
上述のような一連の第1ステップ〜第3ステップによって、第2フォトレジストパターン26は、フォトレジストが残留することなく、基板面からすべて除去される。 Through the series of first to third steps as described above, the second photoresist pattern 26 is completely removed from the substrate surface without the photoresist remaining.
図3は、低レベルのイオン注入エネルギ、高いイオン注入量でボロンをイオン注入した後、CH4/O2混合ガスのプラズマを用いた処理によるフォトレジストのストリップ過程を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing a photoresist strip process by a process using plasma of a CH 4 / O 2 mixed gas after boron is ion-implanted with a low level ion implantation energy and a high ion implantation amount.
図3に示すように、プラズマ生成のためにマイクロ波及びRFバイアスを同時に用いるので、CH4ガスは、CH4−MWプラズマ及びCH4−RFバイアスプラズマとなってその役割を果し、O2ガスはO2−MWプラズマ及びO2−RFバイアスプラズマとなってその役割を果す。 As shown in FIG. 3, the simultaneous use of microwaves and RF bias for plasma generation, CH 4 gas, plays its role in a CH 4 -MW plasma and CH 4 -RF bias plasma, O 2 The gas plays the role of O 2 -MW plasma and O 2 -RF bias plasma.
まず、ストリップ処理の際にフォトレジスト(PR)の上部層には、「B2O3とPR」が共存し、ゲートポリシリコン層と接触する下部層には、「PR」のみが存在し、上部層と下部層との間の中間層には、「BxHyOz及びPR」が共存する。ここで、中間層に存在する水素化物のBxHyOzは、プラズマのうち、水素ラジカルがB2O3と反応して生成したもので、B2O3と同様にH*によってガス状に変化し、気体となって除去される。 First, in strip processing, “B 2 O 3 and PR” coexist in the upper layer of the photoresist (PR), and only “PR” exists in the lower layer in contact with the gate polysilicon layer, “BxHyOz and PR” coexist in the intermediate layer between the upper layer and the lower layer. Here, BxHyOz of the hydride existing in the intermediate layer is generated by reacting hydrogen radicals with B 2 O 3 in the plasma, and is changed into a gas state by H * like B 2 O 3 , It is removed as a gas.
上記のように、フォトレジスト(PR)層は様々な状態で存在し、上部層のB2O3及びPRは、CH4−MWプラズマ及びCH4−RFバイアスプラズマによってストリップされ、中間層のBxHyOz及びPRは、CH4−MWプラズマ及びO2−RFバイアスプラズマによってストリップされ、下部層のPRは、CH4−プラズマ及びO2/N2−MWプラズマ又はO2−MWプラズマによってストリップされる。ここで、各層におけるB2O3及びBxHyOzは、前述した化学反応3の原理によってB2H6となって気化する。 As described above, a photoresist (PR) layer is present in various states, B 2 O 3 and PR of the upper layer is stripped by CH 4 -MW plasma and CH 4 -RF bias plasma, an intermediate layer BxHyOz And PR are stripped by CH 4 -MW plasma and O 2 -RF bias plasma, and PR in the lower layer is stripped by CH 4 -plasma and O 2 / N 2 -MW plasma or O 2 -MW plasma. Here, B 2 O 3 and BxHyOz in each layer are vaporized as B 2 H 6 by the principle of the chemical reaction 3 described above.
また、PRのみが存在する下部層は、CH4−プラズマ、O2/N2−MWプラズマ及びO2−MWプラズマによってストリップされる。しかし、通常、PRが「C」と「H」との重合体となっているため、O2と反応してCO2,H2Oの気体として揮発することによってストリップされる。 The lower layer where only PR is present is stripped by CH 4 -plasma, O 2 / N 2 -MW plasma, and O 2 -MW plasma. However, since PR is usually a polymer of “C” and “H”, it is stripped by reacting with O 2 and volatilizing as a gas of CO 2 and H 2 O.
C2H4ガス及びO2ガスの混合ガスをソースガスとするプラズマを用いてストリップする場合にも、図3に示したメカニズムによりストリップされる。 Even when stripping is performed using plasma using a mixed gas of C 2 H 4 gas and O 2 gas as a source gas, the stripping is performed by the mechanism shown in FIG.
図3に示すように、本発明に係る実施の形態では、揮発性水素化物を生成させ、フォトレジストのストリップを容易に行うことができるように、炭化水素系ガス(C2H4、CH4)を利用している。 As shown in FIG. 3, in the embodiment according to the present invention, hydrocarbon gas (C 2 H 4 , CH 4) is used so that volatile hydride can be generated and photoresist strip can be easily performed. ).
上述の第1の実施の形態に係る方法によると、イオン注入の際にバリアとして用いたフォトレジストのストリップの際に、C2H4,CH4などの炭化水素系ガスを用いるので、不純物元素による酸化膜の生成を防止することができ、フォトレジスト層の内部の不純物元素を容易に除去することができる。このため、フォトレジストの残留物を残すことなく、フォトレジストをストリップすることができる。 According to the method of the first embodiment described above, since a hydrocarbon gas such as C 2 H 4 or CH 4 is used for stripping a photoresist used as a barrier during ion implantation, the impurity element The generation of the oxide film due to the etching can be prevented, and the impurity element inside the photoresist layer can be easily removed. For this reason, the photoresist can be stripped without leaving a residue of the photoresist.
As2O3,P4O6,P4O10,B2O3などの不純物元素の酸化膜は水溶性であるため、フォトレジストのストリップ処理の前(特に第1ステップの前)に、適切な温度の脱イオン水(以下、「DI」と記すことがある)を用いて不純物元素の酸化膜を除去する前処理を行う。この前処理は、「脱イオン水リンス」と呼ばれ、オゾン(O3)を含む脱イオン水(H2O)に、被処理物を浸漬する方法で行うことが好ましい。ここで、オゾンを含む脱イオン水は、溶液の温度:25〜80℃の範囲、オゾンの濃度:0〜1000ppmの範囲が好ましく、オゾンを含む脱イオン水は、単に「H2O」と表記することができる。 Since oxide films of impurity elements such as As 2 O 3 , P 4 O 6 , P 4 O 10 , and B 2 O 3 are water-soluble, before the strip processing of the photoresist (especially before the first step), A pretreatment for removing the oxide film of the impurity element is performed using deionized water (hereinafter, also referred to as “DI”) at an appropriate temperature. This pretreatment is called “deionized water rinse” and is preferably performed by a method of immersing an object to be treated in deionized water (H 2 O) containing ozone (O 3 ). Here, the deionized water containing ozone preferably has a solution temperature range of 25 to 80 ° C. and an ozone concentration of 0 to 1000 ppm, and the deionized water containing ozone is simply expressed as “H 2 O”. can do.
上記脱イオン水によるリンス処理は、不純物元素のイオン注入後、フォトレジストのストリップ装置に移動するときに被処理物が大気中に露出され、大気中の酸素と不純物元素との反応によってAs2O3,P4O6,P4O10,B2O3などの不純物元素の酸化膜が生成するので、その酸化膜を除去するために適用されるものである。この脱イオン水によるリンス処理により、不純物元素がイオン注入されたフォトレジスト層の表層部を軟質化させ、不純物元素の酸化膜を除去する。 In the rinsing process using deionized water, the object to be processed is exposed to the atmosphere when the impurity element is ion-implanted and then moved to a photoresist strip apparatus, and As 2 O is reacted by the reaction between oxygen in the atmosphere and the impurity element. Since an oxide film of an impurity element such as 3 , P 4 O 6 , P 4 O 10 , or B 2 O 3 is generated, it is applied to remove the oxide film. By rinsing with deionized water, the surface layer portion of the photoresist layer into which the impurity element is ion-implanted is softened, and the oxide film of the impurity element is removed.
前述した脱イオン水を利用する前処理によって、後に実施されるフォトレジストのストリップがさらに容易になる。
(第2の実施の形態)
図4A〜図4Eは、本発明の第2の実施の形態に係るフォトレジストのストリップ方法を説明するための図であり、フォトレジストを用いる工程の各段階における基板部を含む構造を示す断面図である。以下に示すフォトレジストのストリップ方法は、一例としてデュアルポリゲート形成後のフォトレジストのストリップ方法を示す図である。
The pre-treatment using deionized water described above further facilitates the subsequent stripping of the photoresist.
(Second Embodiment)
4A to 4E are views for explaining a photoresist stripping method according to the second embodiment of the present invention, and are sectional views showing a structure including a substrate portion at each stage of a process using a photoresist. It is. The photoresist strip method shown below is a diagram showing a photoresist strip method after forming a dual poly gate as an example.
図4Aは、フォトレジストパターンを利用して、半導体基板のNMOS領域にN型不純物元素を注入する段階を示している。図4Aに示すように、NMOS領域とPMOS領域とが画定された半導体基板31に、NMOS領域とPMOS領域を分離するための素子分離膜32を形成する。 FIG. 4A shows a step of implanting an N-type impurity element into the NMOS region of the semiconductor substrate using a photoresist pattern. As shown in FIG. 4A, an element isolation film 32 for separating the NMOS region and the PMOS region is formed on the semiconductor substrate 31 in which the NMOS region and the PMOS region are defined.
その後、半導体基板31上にゲート酸化膜33を形成して、ゲート酸化膜33上にゲートポリシリコン層34を形成する。 Thereafter, a gate oxide film 33 is formed on the semiconductor substrate 31, and a gate polysilicon layer 34 is formed on the gate oxide film 33.
続いて、ゲートポリシリコン層34上にフォトレジストを塗布し、露光及び現像によるパターニングを行い、NMOS領域を露出させ、PMOS領域を覆う第1フォトレジストパターン35を形成する。 Subsequently, a photoresist is applied on the gate polysilicon layer 34, and patterning is performed by exposure and development to expose the NMOS region and form a first photoresist pattern 35 that covers the PMOS region.
次に、第1フォトレジストパターン35を利用してN型不純物元素のイオン注入(N+IMP)を行い、NMOS領域のゲートポリシリコン層34にN型不純物元素を注入し、N型ドープトポリシリコン層34Aを形成する。このN型不純物元素は燐(P)又は砒素(As)であり、イオン注入量は1×1016イオン/cm2程度の非常に高いレベルとし、イオン注入エネルギは低いレベルとする。 Next, ion implantation (N + IMP) of an N-type impurity element is performed using the first photoresist pattern 35, an N-type impurity element is implanted into the gate polysilicon layer 34 in the NMOS region, and N-type doped poly A silicon layer 34A is formed. The N-type impurity element is phosphorus (P) or arsenic (As), and the ion implantation amount is set to a very high level of about 1 × 10 16 ions / cm 2 and the ion implantation energy is set to a low level.
N型不純物元素のイオン注入(N+IMP)後、NMOS領域上にはN型ドープトポリシリコン層34Aが形成され、PMOS領域の上にはイオン注入されない状態のゲートポリシリコン層34が残留する。以下、N型ドープトポリシリコン層34Aを「N+ポリシリコン層34A」と略記する。 After ion implantation (N + IMP) of an N-type impurity element, an N-type doped polysilicon layer 34A is formed on the NMOS region, and a gate polysilicon layer 34 that is not ion-implanted remains on the PMOS region. . Hereinafter, the N-type doped polysilicon layer 34A is abbreviated as “N + polysilicon layer 34A”.
図4Bは、PMOS領域上のフォトレジストとをストリップした段階を示している。図4Bに示すように、図4Aに示した第1フォトレジストパターン35をストリップする。このとき、第1フォトレジストパターン35のストリップは、通常用いられる酸素プラズマ、又は窒素ガス及び酸素ガスの混合ガスのプラズマを用いて1回でストリップするのではなく、次のように第1ステップ、第2ステップ及び第3ステップの順に3回に分けて実施する。 FIG. 4B shows the step of stripping the photoresist on the PMOS region. As shown in FIG. 4B, the first photoresist pattern 35 shown in FIG. 4A is stripped. At this time, the strip of the first photoresist pattern 35 is not stripped at a time using a plasma of oxygen plasma or a mixed gas of nitrogen gas and oxygen gas which is usually used, but the first step as follows: The process is divided into three steps in the order of the second step and the third step.
第1ステップは、N2及びH2の混合ガス(以下、「N2H2ガス」又は「N2H2」と表記する。含有割合は、体積%で、4%H2,96%N2)とO2とを混合したガス(体積比で、N2H2:O2=4〜6:1)をソースガスとするプラズマを用いて、低温(100〜160℃)で処理を行う。また、第2ステップは、N2H2(4%H2,96%N2)ガスとO2とを混合したガス(体積比で、N2H2:O2=4〜6:1)をソースガスとするプラズマを用いて、第1ステップより高い温度(200〜250℃)で処理を行う。最後の第3ステップは、N2H2ガス単独をソースガスとしたプラズマを用いて処理を行う。 The first step is expressed as a mixed gas of N 2 and H 2 (hereinafter referred to as “N 2 H 2 gas” or “N 2 H 2 ”. The content ratio is 4% H 2 , 96% N in volume%. 2 ) and O 2 mixed gas (by volume, N 2 H 2 : O 2 = 4 to 6: 1) is used at a low temperature (100 to 160 ° C.) using plasma with a source gas as a source gas. . The second step is a gas in which N 2 H 2 (4% H 2 , 96% N 2 ) gas and O 2 are mixed (by volume ratio, N 2 H 2 : O 2 = 4 to 6: 1). Is performed at a temperature (200 to 250 ° C.) higher than that in the first step by using plasma with a source gas as a source gas. In the final third step, processing is performed using plasma using N 2 H 2 gas alone as a source gas.
上記のように、第1ステップでは、100〜160℃の範囲の低温で、N2H2ガス及びO2の混合ガスをソースガスとしたプラズマ(N2H2プラズマ、O2プラズマ)を用いる。ここで、N2H2プラズマは、不純物元素(例えば、砒素(As))を離脱させるフォーミングガスとしての役割を果すものである。すなわち、イオン注入の際に第1フォトレジストパターン35の内部に注入された砒素(As)を、第1フォトレジストパターン35の内部から外部に除去する役割を果す。そして、O2プラズマは、実質的に第1フォトレジストパターン35をストリップする役割を果すものである。 As described above, in the first step, plasma (N 2 H 2 plasma, O 2 plasma) using a mixed gas of N 2 H 2 gas and O 2 as a source gas at a low temperature in the range of 100 to 160 ° C. is used. . Here, the N 2 H 2 plasma serves as a forming gas for separating an impurity element (eg, arsenic (As)). That is, the arsenic (As) implanted into the first photoresist pattern 35 during ion implantation serves to remove the arsenic (As) from the inside of the first photoresist pattern 35 to the outside. The O 2 plasma substantially serves to strip the first photoresist pattern 35.
上記の第1ステップを低温で行う理由は、O2プラズマが砒素(As)と反応してAs2O3が生成することを抑制し、N2H2プラズマによる砒素(As)の離脱が発生しやすいようにするためである。すなわち、100〜160℃の範囲の低温では、O2プラズマによるAs2O3の生成よりも、N2H2プラズマによる砒素(As)の離脱が先行して発生し、その後、O2プラズマによって第1フォトレジストパターン35がストリップされる。 The reason why the first step is performed at a low temperature is that the O 2 plasma reacts with arsenic (As) to prevent As 2 O 3 from being generated, and the detachment of arsenic (As) by the N 2 H 2 plasma occurs. This is to make it easier to do. That is, in the low temperature range of 100 to 160 ° C., than the generation of As 2 O 3 by the O 2 plasma, N 2 H 2 plasma by separation of arsenic (As) is generated in advance, followed by O 2 plasma The first photoresist pattern 35 is stripped.
第1フォトレジストパターン35内に残留している砒素(As)の離脱過程を化学反応式に基づいて説明する。チャェバ内に、N2H2ガス及びO2ガスの混合ガスを導入し、電気エネルギとして、マイクロ波及びRFバイアスを印加すると、加速された電子との衝突によって、導入されたガスがプラズマ状態(プラスイオン、マイナスイオン、電子、ラジカルなど)に活性化される。このN2H2/O2ガスのプラズマ中のイオン、ラジカルなどがフォトレジストのストリップ及び不純物元素の離脱に関与する。第1ステップ〜第3ステップでは、プラズマを生成させるためにマイクロ波(MW)とRFバイアスとを同時に用いる。したがって、第1〜第3ステップにおけるストリップ処理の際、N2H2ガスは、N2H2−MWプラズマ及びN2H2−RFバイアスプラズマとなって、その役割を果し、O2はO2−MWプラズマ及びO2−RFバイアスプラズマとなって、その役割を果す。 A process of removing arsenic (As) remaining in the first photoresist pattern 35 will be described based on a chemical reaction formula. When a mixed gas of N 2 H 2 gas and O 2 gas is introduced into the chamber and a microwave and an RF bias are applied as electric energy, the introduced gas is in a plasma state (by a collision with accelerated electrons). Activated by positive ions, negative ions, electrons, radicals, etc.). Ions, radicals, etc. in the plasma of this N 2 H 2 / O 2 gas are involved in the stripping of the photoresist and the impurity elements. In the first to third steps, a microwave (MW) and an RF bias are used simultaneously to generate plasma. Therefore, during the strip processing in the first to third steps, the N 2 H 2 gas becomes N 2 H 2 -MW plasma and N 2 H 2 -RF bias plasma and plays its role, and O 2 is O 2 -MW plasma and O 2 -RF bias plasma play their roles.
次に、化学反応式を用いて、砒素(As)の離脱過程を詳しく説明する。
化学反応4:
2As+6H*→As2H6(気体)
As+O*/O3→As2O3(固体)
As2O3+12H*→As2H6(気体)+3H2O(気体)
化学反応4において、Asは第1フォトレジストパターン35の内部に残留している砒素であり、H*はN2H2プラズマに含まれる水素ラジカルである。そして、O*/O3はO2プラズマに含まれる酸素ラジカル/オゾンである。
Next, the arsenic (As) elimination process will be described in detail using chemical reaction equations.
Chemical reaction 4:
2As + 6H * → As 2 H 6 (gas)
As + O * / O 3 → As 2 O 3 (solid)
As 2 O 3 + 12H * → As 2 H 6 (gas) + 3H 2 O (gas)
In the chemical reaction 4, As is arsenic remaining in the first photoresist pattern 35, and H * is a hydrogen radical contained in the N 2 H 2 plasma. O * / O 3 is oxygen radicals / ozone contained in the O 2 plasma.
化学反応4によると、第1フォトレジストパターン35の内部に残留しているAsは、H*と反応してAs2H6(気体)として気化する。 According to the chemical reaction 4, As remaining in the first photoresist pattern 35 reacts with H * and is vaporized as As 2 H 6 (gas).
また、第1フォトレジストパターン35の内部に残留しているAsが、O2プラズマに含まれるO*やO3と反応して固体状のAs2O3が生成する。固体状のAs2O3が生成したとしても、生成したAs2O3はH*と反応してAs2H6(気体)となり気化してレジスト層外に除去される。ここで、As2O3とH*との反応により生成する3H2Oは、気体としてレジスト層外に除去される。 In addition, As remaining in the first photoresist pattern 35 reacts with O * and O 3 contained in the O 2 plasma to generate solid As 2 O 3 . Even if solid As 2 O 3 is produced, the produced As 2 O 3 reacts with H * to become As 2 H 6 (gas) and is vaporized and removed outside the resist layer. Here, 3H 2 O generated by the reaction of As 2 O 3 and H * is removed as a gas outside the resist layer.
従来の技術は、O2のみを用いてフォトレジストをストリップするので、フォトレジストの内部に存在するAsがO2と反応して固体状のAs2O3を生成する反応、すなわち、不純物元素による酸化膜の生成が、O2によるフォトレジストパターンのストリップに先行して発生する。そのため、O2によるフォトレジストパターンのストリップがAs2O3膜によって阻害される。 Description of the Related Art Since the strip photoresist using only O 2, the reaction of As present inside the photoresist generates O 2 reacts with solid As 2 O 3, i.e., by impurity element Oxide film formation occurs prior to stripping of the photoresist pattern with O 2 . Therefore, the strip of the photoresist pattern by O 2 is inhibited by the As 2 O 3 film.
本発明に係る実施の形態の場合には、第1ステップを行う際、N2H2ガスとO2ガスとの混合ガスをソースガスとするプラズマを用いるので、第1フォトレジストパターン35の内部に残留している砒素(As)を外部に離脱させることが可能であり、それによって第1フォトレジストパターン35の表面に固体状のAs2O3膜が形成されることを防止することができる。 In the case of the embodiment according to the present invention, when the first step is performed, plasma using a mixed gas of N 2 H 2 gas and O 2 gas as a source gas is used, so that the inside of the first photoresist pattern 35 The arsenic (As) remaining on the surface of the first photoresist pattern 35 can be released to the outside, thereby preventing the formation of a solid As 2 O 3 film on the surface of the first photoresist pattern 35. .
次に、第1ステップに続いて第2ステップを行う。この第2ステップは、第1ステップに比べて高い温度条件(200〜250℃)とし、第1ステップの場合と同じ混合ガス(CH4ガス及びO2ガスの混合ガス)をソースガスとするプラズマを用いる。ここで、第2ステップの温度条件を第1ステップより高くする理由は、高温(200〜250℃)の方が、第1フォトレジストパターン35のストリップ速度を速くすることができるためである。 Next, a second step is performed following the first step. The second step is a plasma that uses a higher temperature condition (200 to 250 ° C.) than the first step and uses the same mixed gas (a mixed gas of CH 4 gas and O 2 gas) as that of the first step as a source gas. Is used. Here, the reason why the temperature condition of the second step is set higher than that of the first step is that the strip speed of the first photoresist pattern 35 can be increased at a high temperature (200 to 250 ° C.).
したがって、第1ステップの際には、第1フォトレジストパターン35のストリップ作用よりは、不純物元素の砒素(As)の離脱が優先的に進行する。第2ステップの際には、すでに第1ステップにより砒素(As)が除去されている状態であるため、O2プラズマによる第1フォトレジストパターン35のストリップが主に進行する。 Therefore, in the first step, the detachment of the impurity element arsenic (As) proceeds preferentially over the strip action of the first photoresist pattern 35. In the second step, since the arsenic (As) has already been removed by the first step, stripping of the first photoresist pattern 35 by O 2 plasma mainly proceeds.
最後に、第2ステップに続き第3ステップを実施する。この第3ステップでは、N2H2ガス単独をソースガスとするプラズマを用いることにより、第2ステップまでの段階で発生したストリップ副生物中に残留している可能性がある砒素(As)を除去する。すなわち、第3ステップは、第1フォトレジストパターン25をストリップした後に残留するストリップ副生物中に残留している不純物元素を除去する処理である。 Finally, the third step is performed following the second step. In this third step, arsenic (As) that may remain in the strip by-product generated in the steps up to the second step is obtained by using plasma using N 2 H 2 gas alone as a source gas. Remove. That is, the third step is a process of removing the impurity element remaining in the strip byproduct remaining after the first photoresist pattern 25 is stripped.
上述のような一連の第1ステップ〜第3ステップによって、第1フォトレジストパターン35は、フォトレジストが残留することなく、基板面からすべて除去される。 Through the series of first to third steps as described above, the first photoresist pattern 35 is completely removed from the substrate surface without the photoresist remaining.
一方、N+ポリシリコン層34Aの内部に燐(P)が存在している場合には、燐(P)は次の化学反応5によって除去される。
化学反応5
P+3H*→PH3(気体)
P+O*/O3→P4O6(固体)又はP4O10(固体)
P4O6+24H*→4PH3(気体)+6H2O(気体)
P4O10+32H*→4PH3(気体)+10H2O(気体)
前述の一連のステップによって第1フォトレジストパターン35をストリップした後、図4Cに示すように、再びフォトレジストを塗布し、露光及び現像により第2フォトレジストパターン36を形成する。すなわち、N+ポリシリコン層34Aとゲートポリシリコン層34とが共存する状態で、全面にフォトレジストを塗布した後露光及び現像によるパターニングを行うことにより、PMOS領域を露出させ、NMOS領域を覆う第2フォトレジストパターン36を形成する。
On the other hand, when phosphorus (P) is present inside the N + polysilicon layer 34 A, phosphorus (P) is removed by the following chemical reaction 5.
Chemical reaction 5
P + 3H * → PH 3 (gas)
P + O * / O 3 → P 4 O 6 (solid) or P 4 O 10 (solid)
P 4 O 6 + 24H * → 4PH 3 (gas) + 6H 2 O (gas)
P 4 O 10 + 32H * → 4PH 3 (gas) + 10H 2 O (gas)
After stripping the first photoresist pattern 35 through the above-described series of steps, as shown in FIG. 4C, a photoresist is applied again, and a second photoresist pattern 36 is formed by exposure and development. That is, in a state where the N + polysilicon layer 34A and the gate polysilicon layer 34 coexist, a photoresist is applied to the entire surface and then patterned by exposure and development, thereby exposing the PMOS region and covering the NMOS region. 2 Photoresist pattern 36 is formed.
続いて、第2フォトレジストパターン36を利用してP型不純物元素のイオン注入(P+IMP)を行い、PMOS領域のゲートポリシリコン層34にP型不純物元素をイオン注入して、P+ポリシリコン層34Bを形成する。このP型不純物元素は、例えばボロン(B)であり、イオン注入量は1×1016イオン/cm2程度の非常に高いレベルとし、イオン注入エネルギは低いレベルにする。 Then, by using the second photoresist pattern 36 perform ion implantation of P-type impurity element (P + IMP), and ion-implanting P-type impurity element to the gate polysilicon layer 34 in the PMOS region, P + poly A silicon layer 34B is formed. The P-type impurity element is, for example, boron (B), the ion implantation amount is set to a very high level of about 1 × 10 16 ions / cm 2 , and the ion implantation energy is set to a low level.
図4Dは、NMOS領域上のフォトレジストをストリップした段階を示している。図4Dに示すように、図4Cに示した第2フォトレジストパターン36をストリップする。このとき、第2フォトレジストパターン36のストリップは、第1フォトレジストパターン35のストリップと同様に、第1ステップ〜第3ステップの順に3回に分けて実施する。 FIG. 4D shows the step of stripping the photoresist over the NMOS region. As shown in FIG. 4D, the second photoresist pattern 36 shown in FIG. 4C is stripped. At this time, the strip of the second photoresist pattern 36 is divided into three steps in the order of the first step to the third step, like the strip of the first photoresist pattern 35.
第1ステップは、N2H2(体積比で、4%H2,96%N2)ガス及びO2ガスを混合したガス(体積比で、N2H2:O2=4〜6:1)をソースガスとするプラズマを用いて、低温(100〜160℃)で処理を行う。また、第2ステップは、N2H2(体積比で、4%H2,96%N2)ガス及びO2ガスを混合したガス(体積比で、N2H2:O2=4〜6:1)をソースガスとするプラズマを用いて、第1ステップより高い温度(200〜250℃)で処理を行う。最後の第3ステップは、N2H2ガス単独をソースガスとするプラズマを用いて処理を行う。 The first step is a gas in which N 2 H 2 (by volume, 4% H 2 , 96% N 2 ) gas and O 2 gas are mixed (by volume, N 2 H 2 : O 2 = 4 to 6: Processing is performed at a low temperature (100 to 160 ° C.) using plasma using 1) as a source gas. The second step is a gas in which N 2 H 2 (volume ratio: 4% H 2 , 96% N 2 ) gas and O 2 gas are mixed (volume ratio: N 2 H 2 : O 2 = 4˜ 6: 1) is used as a source gas, and the treatment is performed at a higher temperature (200 to 250 ° C.) than the first step. In the final third step, processing is performed using plasma using N 2 H 2 gas alone as a source gas.
上記のように、第1ステップでは、100〜160℃の範囲の低温で、N2H2ガス及びO2の混合ガスをソースガスとしたプラズマ(N2H2プラズマ、O2プラズマ)を用いる。ここで、N2H2プラズマは、不純物元素を離脱させるフォーミングガスとしての役割を果すものである。すなわち、イオン注入の際に第2フォトレジストパターン36の内部に注入された不純物元素(例えば、ボロン(B))を、第2フォトレジストパターン36の内部から外部に除去する役割を果す。そして、O2プラズマは、実質的に第2フォトレジストパターン36をストリップする役割を果すものである。 As described above, in the first step, plasma (N 2 H 2 plasma, O 2 plasma) using a mixed gas of N 2 H 2 gas and O 2 as a source gas at a low temperature in the range of 100 to 160 ° C. is used. . Here, the N 2 H 2 plasma serves as a forming gas for separating the impurity element. That is, the impurity element (for example, boron (B)) implanted into the second photoresist pattern 36 at the time of ion implantation is removed from the inside of the second photoresist pattern 36 to the outside. The O 2 plasma substantially serves to strip the second photoresist pattern 36.
上記の第1ステップを低温で行う理由は、O2プラズマがボロン(B)と反応してB2O3が生成することを抑制し、N2H2プラズマによるボロン(B)の離脱が発生しやすいようにするためである。すなわち、100〜160℃の範囲の低温では、O2プラズマによるB2O3の生成よりも、N2H2プラズマによるボロン(B)の離脱が先行して発生し、その後、O2プラズマによって第2フォトレジストパターン36がストリップされる。 The reason why the above first step is performed at a low temperature is that the O 2 plasma reacts with boron (B) to suppress the formation of B 2 O 3 and the boron (B) is detached by the N 2 H 2 plasma. This is to make it easier to do. That is, in the low temperature range of 100 to 160 ° C., than the generation of B 2 O 3 by the O 2 plasma, N 2 H 2 plasma withdrawal of boron (B) is generated in advance by, followed by O 2 plasma The second photoresist pattern 36 is stripped.
第2フォトレジストパターン36内に残留しているボロン(B)の離脱過程を化学反応式に基づいて説明する。チャンバ内に、N2H2ガス及びO2ガスの混合ガスを導入し、電気エネルギとして、マイクロ波及びRFバイアスを同時に印加すると、加速された電子との衝突によって、導入されたガスがプラズマ状態(プラスイオン、マイナスイオン、電子、ラジカルなど)に活性化される。このN2H2/O2ガスのプラズマ中のイオン、ラジカルなどがフォトレジストのストリップ及び不純物元素の離脱に関与する。第1ステップ〜第3ステップでは、プラズマを生成させるためにマイクロ波(MW)とRFバイアスとを同時に用いる。したがって、第1〜第3ステップにおけるストリップ処理の際、N2H2ガスは、N2H2−MWプラズマ及びCH4−RFバイアスプラズマとなって、その役割を果し、O2はO2−MWプラズマ及びO2−RFバイアスプラズマとなって、その役割を果す。 The process of removing boron (B) remaining in the second photoresist pattern 36 will be described based on the chemical reaction formula. When a mixed gas of N 2 H 2 gas and O 2 gas is introduced into the chamber and a microwave and an RF bias are simultaneously applied as electrical energy, the introduced gas is in a plasma state due to collision with accelerated electrons. It is activated by (positive ion, negative ion, electron, radical, etc.). Ions, radicals, etc. in the plasma of this N 2 H 2 / O 2 gas are involved in the stripping of the photoresist and the impurity elements. In the first to third steps, a microwave (MW) and an RF bias are used simultaneously to generate plasma. Therefore, during the strip processing in the first to third steps, the N 2 H 2 gas becomes N 2 H 2 -MW plasma and CH 4 -RF bias plasma and plays its role, and O 2 is O 2. It -MW become plasma and O 2 -RF bias plasma plays its role.
次に、化学反応式に基づいて、ボロン(B)の離脱過程を詳しく説明する。
化学反応6:
2B+6H*→B2H6(気体)
B+O*/O3→B2O3(固体)
B2O3+12H*→B2H6(気体)+3H2O(気体)
化学反応6において、Bは第2フォトレジストパターン36の内部に残留しているボロンであり、H*はN2H2プラズマに含まれる水素ラジカルである。そして、O*/O3は、それぞれO2プラズマに含まれる酸素ラジカル/オゾンである。
Next, the process of removing boron (B) will be described in detail based on the chemical reaction formula.
Chemical reaction 6:
2B + 6H * → B 2 H 6 (gas)
B + O * / O 3 → B 2 O 3 (solid)
B 2 O 3 + 12H * → B 2 H 6 (gas) + 3H 2 O (gas)
In the chemical reaction 6, B is boron remaining inside the second photoresist pattern 36, and H * is a hydrogen radical contained in the N 2 H 2 plasma. O * / O 3 is oxygen radical / ozone contained in O 2 plasma, respectively.
化学反応6によると、第2フォトレジストパターン36の内部に残留しているボロン(B)は、H*と反応してB2H2(気体)として気化する。 According to the chemical reaction 6, boron (B) remaining in the second photoresist pattern 36 reacts with H * and is vaporized as B 2 H 2 (gas).
また、第2フォトレジストパターン36の内部に残留しているボロン(B)は、O2プラズマに含まれるO*やO3と反応して固体状のB2O3になる。固体状のB2O3が生成するが、生成したB2O3はH*と反応してB2H2(気体)となり、気化してレジスト層外に除去される。ここで、B2O3とH*との反応により生成する3H2Oは、気体としてレジスト層外に除去される。 Further, boron (B) remaining in the second photoresist pattern 36 reacts with O * and O 3 contained in the O 2 plasma to become solid B 2 O 3 . Solid B 2 O 3 is generated, but the generated B 2 O 3 reacts with H * to become B 2 H 2 (gas), which is vaporized and removed outside the resist layer. Here, 3H 2 O produced by the reaction of B 2 O 3 and H * is removed as a gas outside the resist layer.
従来の技術は、O2のみを用いてフォトレジストをストリップするので、フォトレジストの内部に存在するボロン(B)がO2と反応して固体状のB2O3を生成する反応、すなわち、不純物元素による酸化膜の生成が、O2によるフォトレジストパターンのストリップに先行して発生する。そのため、O2によるフォトレジストパターンのストリップがB2O3膜によって阻害される。 Since the conventional technique strips the photoresist using only O 2 , boron (B) existing inside the photoresist reacts with O 2 to produce solid B 2 O 3 , that is, Oxide film formation due to the impurity element occurs prior to the strip of the photoresist pattern due to O 2 . Therefore, the strip of the photoresist pattern by O 2 is inhibited by the B 2 O 3 film.
本発明に係る実施の形態の場合には、第1ステップを行う際に、N2H2ガス及びO2ガスの混合ガスをソースガスとするプラズマを用いるので、第2フォトレジストパターン36の内部に残留しているボロン(B)を外部に離脱させることが可能であり、それによって第2フォトレジストパターン36の表面に固体状のB2O3膜が形成されることを防止することができる。 In the embodiment according to the present invention, when the first step is performed, plasma using a mixed gas of N 2 H 2 gas and O 2 gas as a source gas is used. Boron (B) remaining on the surface of the second photoresist pattern 36 can be released to the outside, thereby preventing the formation of a solid B 2 O 3 film on the surface of the second photoresist pattern 36. .
次に、第1ステップに続いて第2ステップを行う。この第2ステップは、第1ステップに比べて高い温度条件(200〜250℃)とし、第1ステップの場合と同じ混合ガス(N2H2ガス及びO2ガスの混合ガス)をソースガスとするプラズマを用いる。ここで、第2ステップの温度条件を第1ステップより高くする理由は、高温(200〜250℃)の方が、第2フォトレジストパターン36のストリップ速度を速くすることができるためである。 Next, a second step is performed following the first step. In this second step, the temperature condition is higher (200 to 250 ° C.) than in the first step, and the same mixed gas (mixed gas of N 2 H 2 gas and O 2 gas) as that in the first step is used as the source gas. Use plasma. Here, the reason why the temperature condition of the second step is set higher than that of the first step is that the strip speed of the second photoresist pattern 36 can be increased at a higher temperature (200 to 250 ° C.).
したがって、第1ステップの際には、第2フォトレジストパターン36のストリップ作用よりは、ボロン(B)の離脱が優先的に進行し、第2ステップの際には、すでに第1ステップによりボロン(B)が除去されている状態である。そのため、O2プラズマによる第2フォトレジストパターン36のストリップが主に進行する。 Accordingly, in the first step, the separation of boron (B) proceeds preferentially over the strip action of the second photoresist pattern 36, and in the second step, boron ( B) is removed. Therefore, the strip of the second photoresist pattern 36 by O 2 plasma mainly proceeds.
最後に、第2ステップに続き第3ステップを実施する。この第3ステップでは、N2H2ガス単独をソースガスとするプラズマを用いることにより、第2ステップまでの段階で発生したストリップ副生物中に残留している可能性のあるボロン(B)を除去する。すなわち、第3ステップは、第2フォトレジストパターン36をストリップした後に残留するストリップ副生物中に残留しているボロン(B)を除去する処理である。 Finally, the third step is performed following the second step. In this third step, boron (B) that may remain in the strip by-product generated in the steps up to the second step is obtained by using plasma using N 2 H 2 gas alone as a source gas. Remove. That is, the third step is a process of removing boron (B) remaining in the strip byproduct remaining after the second photoresist pattern 36 is stripped.
上述のような一連の第1ステップ〜第3ステップによって、第2フォトレジストパターン36は、フォトレジストが残留することなく、基板面からすべて除去される。 Through the series of first to third steps as described above, the second photoresist pattern 36 is completely removed from the substrate surface without the photoresist remaining.
図4Eは、NMOS領域、PMOS領域に、それぞれゲートを形成した段階を示している。前述した一連のステップによって、第2フォトレジストパターン36をストリップした後、全面にタングステンシリサイド層37を形成した後、ゲートのパターニングを行うことにより、図4Eに示すように、NMOS領域にはN型ドープトポリシリコン層からなるN+ポリゲート34Cを形成し、PMOS領域にはP型ドープトポリシリコン層からなるP+ポリゲート34Dを形成する。 FIG. 4E shows a stage in which gates are formed in the NMOS region and the PMOS region, respectively. After the second photoresist pattern 36 is stripped by the above-described series of steps, a tungsten silicide layer 37 is formed on the entire surface, and then gate patterning is performed to form an N-type in the NMOS region as shown in FIG. 4E. An N + poly gate 34C made of a doped polysilicon layer is formed, and a P + poly gate 34D made of a P-type doped polysilicon layer is formed in the PMOS region.
図5は、低レベルのイオン注入エネルギ及び高いイオン注入量の条件でボロンをイオン注入した後、N2H2/O2混合ガスのプラズマを用いた処理によるフォトレジストのストリップ過程を示す図である。 FIG. 5 is a diagram illustrating a photoresist strip process by a process using plasma of an N 2 H 2 / O 2 mixed gas after boron is ion-implanted under conditions of a low level ion implantation energy and a high ion implantation amount. is there.
図5に示すように、プラズマを生成させるためにマイクロ波及びRFバイアスを同時に用いるので、N2H2ガスは、N2H2−MWプラズマ及びN2H2−RFバイアスプラズマとなって、その役割を果し、O2はO2−MWプラズマ及びO2−RFバイアスプラズマとなって、その役割を果す。 As shown in FIG. 5, since microwave and RF bias are simultaneously used to generate plasma, the N 2 H 2 gas becomes N 2 H 2 -MW plasma and N 2 H 2 -RF bias plasma, It plays its role, and O 2 becomes O 2 -MW plasma and O 2 -RF bias plasma and plays its role.
まず、ストリップ処理の過程では、フォトレジスト(PR)の上部層には、「B2O3とPR」が共存し、ゲートポリシリコン層と接触する下部層には、「PR」のみが存在し、上部層と下部層との間の中間層には、「BxHyOz及びPR」が共存する。ここで、中間層に存在する水素化物のBxHyOzは、プラズマ中の水素ラジカルがB2O3と反応して生成したもので、B2O3と同様にH*によってガス状に変化し、気体となって除去される。 First, in the process of stripping, “B 2 O 3 and PR” coexist in the upper layer of the photoresist (PR), and only “PR” exists in the lower layer in contact with the gate polysilicon layer. In the intermediate layer between the upper layer and the lower layer, “BxHyOz and PR” coexist. Here, BxHyOz hydride present in the intermediate layer, in which the hydrogen radicals in the plasma generated reacts with B 2 O 3, the B 2 O 3 like the H * changes in gaseous, gas To be removed.
上記のように、ストリップ処理中には、フォトレジスト層がいくつかの形態で存在する。フォトレジスト(PR)層の各層のうち、上部層のB2O3及びPRは、N2H2−MWプラズマ及びN2H2−RFバイアスプラズマによってストリップされ、中間層のBxHyOz及びPRは、N2H2−MWプラズマ及びO2−RFバイアスプラズマによってストリップされ、下部層のPRは、O2/N2−MWプラズマ,又はO2−MWプラズマによってストリップされる。ここで、各層におけるB2O3及びBxHyOzは、前述した化学反応6の原理によって、B2H6の形態で気体となって除去される。 As noted above, the photoresist layer is present in several forms during the strip process. Of each layer of the photoresist (PR) layer, B 2 O 3 and PR of the upper layer are stripped by N 2 H 2 -MW plasma and N 2 H 2 -RF bias plasma, and BxHyOz and PR of the intermediate layer are Stripped by N 2 H 2 -MW plasma and O 2 -RF bias plasma, the lower layer PR is stripped by O 2 / N 2 -MW plasma or O 2 -MW plasma. Here, B 2 O 3 and BxHyOz in each layer are removed as gas in the form of B 2 H 6 according to the principle of chemical reaction 6 described above.
また、PRのみが存在する下部層は、O2/N2−MWプラズマ又はO2−MWプラズマによってストリップされる。この場合、通常、PRは「C」と「H」との重合体となっているため、O2と反応してCO2,H2Oの形態で気体として除去される。 Further, the lower layer in which only PR is present is stripped by O 2 / N 2 -MW plasma or O 2 -MW plasma. In this case, since PR is usually a polymer of “C” and “H”, it reacts with O 2 and is removed as a gas in the form of CO 2 and H 2 O.
図6は、本発明の第2の実施の形態に係る方法によって、フォトレジストのストリップを行った後の状態を示す図であり、フォトレジストの残留物が存在しないことを示す写真である。なお、図6は、第1フォトレジストパターン及び第2フォトレジストパターンのストリップの際、第1ステップ〜第3ステップの処理条件を、プラズマ処理チャンバの圧力:226.6Pa(1700mTorr)、プラズマ発生用電気エネルギ:2000W(MW,RFバイアスそれぞれ)、O2流量:4000sccm,N2H2流量:800sccmとして処理を行い、その結果を観察した写真である。図6から、図1Dに示した従来の技術の場合とは異なり、フォトレジストの残留物が存在しないことが分かる。 FIG. 6 is a view showing a state after stripping a photoresist by the method according to the second embodiment of the present invention, and is a photograph showing that there is no photoresist residue. FIG. 6 shows the processing conditions of the first step to the third step when stripping the first photoresist pattern and the second photoresist pattern, the plasma processing chamber pressure: 226.6 Pa (1700 mTorr), and plasma generation. electrical energy: 2000W (MW, RF bias, respectively), O 2 flow rate: 4000sccm, N 2 H 2 flow rate: performs processing as 800 sccm, a photograph showing the results. From FIG. 6, it can be seen that there is no photoresist residue, unlike the case of the prior art shown in FIG. 1D.
上記第1ステップ〜第3ステップの詳細な処理条件は次の通りである。
第1ステップ:1700mT/2000W/4000sccmO2/800sccmN2H2/middle
第2ステップ:1700mT/2000W/4000sccmO2/800sccmN2H2/down
第3ステップ:1700mT/2000W/0sccmO2/800sccmN2H2/down
上記のステップにおいて、「middle」及び「down」は、用いる装置の温度を示すもので、「middle」は150℃程度で、「down」は200〜250℃の範囲である。
Detailed processing conditions of the first step to the third step are as follows.
The first step: 1700mT / 2000W / 4000sccmO 2 / 800sccmN 2 H 2 / middle
The second step: 1700mT / 2000W / 4000sccmO 2 / 800sccmN 2 H 2 / down
Third step: 1700mT / 2000W / 0sccmO 2 / 800sccmN 2 H 2 / down
In the above steps, “middle” and “down” indicate the temperature of the apparatus to be used, “middle” is about 150 ° C., and “down” is in the range of 200 to 250 ° C.
As2O3,P4O6,P4O10,B2O3などの不純物元素の酸化膜は、水溶性であるため、フォトレジストのストリップ処理の前(特に第1ステップの前)に、適切な温度の脱イオン水を用いて不純物元素の酸化膜を除去する前処理を行う。この前処理は、「脱イオン水リンスと呼ばれ、オゾン(O3)を含む脱イオン水に、被処理物を浸漬する方法で行うことが好ましい。ここで、オゾンを含む脱イオン水は、溶液の温度:25〜80℃の範囲、オゾンの濃度:0〜500ppmの範囲が好ましく、このオゾンを含む脱イオン水は、単に「H2O」と表記することができる。 Since oxide films of impurity elements such as As 2 O 3 , P 4 O 6 , P 4 O 10 , and B 2 O 3 are water-soluble, before the photoresist strip process (especially before the first step). Then, a pretreatment is performed to remove the oxide film of the impurity element using deionized water at an appropriate temperature. This pretreatment is preferably called “deionized water rinsing, and is preferably performed by a method of immersing an object in deionized water containing ozone (O 3 ). Here, deionized water containing ozone is The temperature of the solution is preferably in the range of 25 to 80 ° C., and the concentration of ozone is preferably in the range of 0 to 500 ppm. Deionized water containing this ozone can be simply expressed as “H 2 O”.
上記脱イオン水リンス工程は、不純物元素のイオン注入後、フォトレジストのストリップ装置に移動するとき、大気中に露出(大気中の酸素と不純物元素との反応)することによって生成されるAs2O3,P4O6,P4O10,B2O3などの不純物元素の酸化膜を除去するために適用されるものである。この脱イオン水リンス工程により、不純物元素がイオン注入されたフォトレジスト層の表面を軟質化させ、不純物元素の酸化膜を除去する。 The deionized water rinsing step after the ion implantation of the impurity element, when moving the strip device of the photoresist, As 2 O produced by exposure to the atmosphere (the reaction between oxygen and impurity elements in the air) 3 , P 4 O 6 , P 4 O 10 , B 2 O 3 and the like are applied to remove oxide films of impurity elements. By this deionized water rinsing step, the surface of the photoresist layer into which the impurity element is ion-implanted is softened, and the oxide film of the impurity element is removed.
上記脱イオン水を利用した前処理によって、後続のフォトレジストのストリップがさらに容易になる。 The pretreatment using the deionized water further facilitates subsequent photoresist stripping.
図7A〜図7Dは、オゾンを含む脱イオン水(DI/O3)によるリンスの有無がフォトレジストのストリップに及ぼす影響を調査した結果を示す図であり、処理面の表面状態を示す写真である。DI/O3処理は、室温(25℃)と80℃の高温とに分けて行った。また、図7A及び図7Bは、ビームラインイオン注入法によるデュアルポリゲート形成処理におけるフォトレジストのストリップ結果であり、図7C及び図7Dは、プラズマドーピングによるデュアルポリゲート形成処理におけるフォトレジストのストリップ結果である。図7Cに示したEPR7[P01],ENI3[P02D]は、通常の組み合わせであるO2/N2を利用して、フォトレジストのストリップを行ったことを意味する。 7A to 7D are diagrams showing the results of investigating the influence of the presence or absence of rinsing with ozone-containing deionized water (DI / O 3 ) on the photoresist strip, and are photographs showing the surface state of the treated surface. is there. The DI / O 3 treatment was performed separately at room temperature (25 ° C.) and at a high temperature of 80 ° C. FIGS. 7A and 7B are photoresist strip results in the dual poly gate formation process by the beamline ion implantation method, and FIGS. 7C and 7D are photoresist strip results in the dual poly gate formation process by plasma doping. It is. EPR7 [P01] and ENI3 [P02D] shown in FIG. 7C mean that a photoresist strip was performed using O 2 / N 2 which is a normal combination.
図7Aは、区分欄に表示されているように、イオン注入を3回行った後の表面状態を示しており、DI/O3処理後、1回目のPRストリップ後、2回目のPRストリップ後の写真及び残留物の有無の評価結果を示している。 FIG. 7A shows the surface state after performing ion implantation three times as indicated in the classification column, after DI / O 3 treatment, after the first PR strip, and after the second PR strip. And the evaluation results of the presence or absence of residues are shown.
図7Aから、DI/O3処理温度が高温(80℃)の場合、室温(25℃)の場合のいずれにおいても、フォトレジストの残留物が認められなかったことが分かる。 From FIG. 7A, it can be seen that no photoresist residue was observed when the DI / O 3 treatment temperature was high (80 ° C.) or at room temperature (25 ° C.).
図7Bは、区分欄に表示されているように、イオン注入を3回行った後(1.5×1016イオン/cm2、ボロン、ビームラインイオン注入)の表面状態を示しており、DI/O3処理後、PRストリップ後、洗浄後(CLN)の写真及び残留物の有無の評価結果を示している。 FIG. 7B shows the surface state after performing ion implantation three times (1.5 × 10 16 ions / cm 2 , boron, beam line ion implantation) as indicated in the division column. The photograph after / O 3 treatment, after PR strip, and after cleaning (CLN) and the evaluation result of the presence or absence of residue are shown.
図7Bから、DI/O3処理を室温(25℃)で行った場合、DI/O3処理を行わなかった場合、フォトレジストのストリップを4ステップ(FOIストリップを使用、PRストリップ1回)で行った場合のいずれにおいても、フォトレジストの残留物が認められなかったことが分かる。 From Figure 7B, when performing DI / O 3 treatment at room temperature (25 ° C.), If you did not DI / O 3 treatment, in four steps strip photoresist (FOI using strips, PR strip once) It can be seen that no photoresist residue was observed in either case.
ここで、フォトレジストのストリップが4ステップの場合の処理条件は次の通りである。
第1ステップ:1700mT/4000sccmO2/400sccmN2H2/Middle5″
第2ステップ:1700mT/2000W/4000sccmO2/400sccmN2H2/Middle60″
第3ステップ:1700mT/2000W/4000sccmO2/400sccmN2H2/Down50″
第4ステップ:1700mT/2000W/0sccmO2/400sccmN2H2/Down20″
上記のように、ビームラインイオン注入法によってボロンのイオン注入を行った場合は、DI/O3処理とは関係なく、フォトレジストをストリップ後、残留物が残らないことが確認された。
Here, the processing conditions when the strip of photoresist is 4 steps are as follows.
The first step: 1700mT / 4000sccmO 2 / 400sccmN 2 H 2 / Middle5 "
The second step: 1700mT / 2000W / 4000sccmO 2 / 400sccmN 2 H 2 / Middle60 "
Third step: 1700mT / 2000W / 4000sccmO 2 / 400sccmN 2 H 2 / Down50 "
Fourth Step: 1700mT / 2000W / 0sccmO 2 / 400sccmN 2 H 2 / Down20 "
As described above, when boron ion implantation was performed by the beam line ion implantation method, it was confirmed that no residue remained after stripping the photoresist irrespective of the DI / O 3 treatment.
図7Cは、プラズマドーピング(「PLAD」と記す)を行ったフォトレジストのストリップ結果を示している。プラズマドーピングとは、ボロンのイオン注入をプラズマドーピング法で行った場合を意味する。 FIG. 7C shows the strip result of the photoresist with plasma doping (denoted “PLAD”). Plasma doping means a case where boron ion implantation is performed by a plasma doping method.
図7Cは、区分欄に表示されているように、PLAD(2.5×1016イオン/cm2)後、DI/O3処理後、1回目のPRストリップ後、2回目のPRストリップ後の写真及び残留物の有無の評価結果を示している。 FIG. 7C shows the result after PLAD (2.5 × 10 16 ions / cm 2 ), after DI / O 3 treatment, after the first PR strip, and after the second PR strip, as indicated in the section. The photograph and the evaluation result of the presence or absence of residue are shown.
図7Cから、DI/O3処理を80℃の高温で行った場合は、フォトレジストの残留物が認められなかったことが分かる。しかし、室温(25℃)でDI/O3処理を行った場合は、一部にフォトレジストが残留することが認められた。ただし、これらのフォトレジストの残留物は、本発明の方法を適用することによって解決することができる。 From FIG. 7C, it can be seen that when the DI / O 3 treatment was performed at a high temperature of 80 ° C., no photoresist residue was observed. However, when DI / O 3 treatment was performed at room temperature (25 ° C.), it was recognized that a photoresist remained in part. However, these photoresist residues can be solved by applying the method of the present invention.
図7Dは、プラズマドーピング(PLAD)法によりボロン(B)をイオン注入したフォトレジストのストリップ結果を示しており、PLAD条件3.0×1016イオン/cm2のエネルギで注入した場合である。図7Dは、区分欄に表示されているように、PLAD後、DI/O3処理後、PRストリップ後、洗浄後(CLN)の写真及び残留物の有無の評価結果を示している。 FIG. 7D shows a strip result of a photoresist in which boron (B) is ion-implanted by a plasma doping (PLAD) method, which is a case of implantation with an energy of PLAD condition of 3.0 × 10 16 ions / cm 2 . FIG. 7D shows a photograph after PLAD, after DI / O 3 treatment, after PR strip, and after cleaning (CLN), and the evaluation result of the presence or absence of residues, as indicated in the category column.
図7Dから、DI/O3処理を室温(25℃)で行った場合は、フォトレジストの残留物が認められないが、DI/O3処理を省略した場合は、フォトレジストの残留物が存在することが分かった。 From FIG. 7D, when DI / O 3 treatment is performed at room temperature (25 ° C.), no photoresist residue is observed, but when DI / O 3 treatment is omitted, photoresist residue is present. I found out that
上記図7A〜図7Dに示した結果によれば、DI/O3処理はフォトレジストの残留物を除去するのに有効であった。したがって、本発明の実施の形態に係るストリップ方法の場合、DI/O3処理を行うことにより、フォトレジストの残留物を残すことなく、より効果的にフォトレジストをストリップすることができる。 According to the results shown in FIGS. 7A to 7D, the DI / O 3 treatment was effective in removing the photoresist residue. Therefore, in the strip method according to the embodiment of the present invention, by performing the DI / O 3 treatment, the photoresist can be stripped more effectively without leaving a photoresist residue.
上述した本発明に係るストリップ方法は、少なくとも炭化水素系ガス(CH4,C2H4)を利用するので、高いイオン注入量の場合であっても、エッチングバリアとして用いられるフォトレジストの残留物を残すことなく、すべてストリップすることができる。そのため、後続の工程におけるパターンリフティングを低減させ、製造歩留まりを向上させることができるという効果がある。 Since the strip method according to the present invention described above uses at least a hydrocarbon-based gas (CH 4 , C 2 H 4 ), even if the ion implantation amount is high, the residue of the photoresist used as an etching barrier All can be stripped without leaving. Therefore, there is an effect that the pattern lifting in the subsequent process can be reduced and the manufacturing yield can be improved.
また、本発明は、N2H2とO2とを混合したガスをソースガスとするプラズマを利用するストリップ方法により、高いイオン注入量の場合でも、エッチングバリアとして用いられるフォトレジストの残留物を残すことなく、すべてストリップすることができる。そのため、後続の工程におけるパターンリフティングを低減させ、製造歩留まりを向上させることができるという効果がある。 In addition, the present invention can remove a residue of a photoresist used as an etching barrier by a strip method using plasma using a mixed gas of N 2 H 2 and O 2 as a source gas even in the case of a high ion implantation amount. All can be stripped without leaving. Therefore, there is an effect that the pattern lifting in the subsequent process can be reduced and the manufacturing yield can be improved.
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明に係る技術的思想の範囲内から逸脱しない範囲内で様々な変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に属する。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the technical idea according to the present invention. Belongs to a range.
21 半導体基板
22 素子分離膜
23 ゲート酸化膜
24 ゲートポリシリコン層
24A N+ポリシリコン層
24B P+ポリシリコン層
25 第1フォトレジストパターン
26 第2フォトレジストパターン
21 Semiconductor substrate 22 Element isolation film 23 Gate oxide film 24 Gate polysilicon layer 24A N + polysilicon layer 24B P + polysilicon layer 25 First photoresist pattern 26 Second photoresist pattern
Claims (40)
前記フォトレジストパターンをイオン注入バリアとして、前記所定の物質層に不純物元素をイオン注入するステップと、
少なくとも炭化水素系ガスを含む混合ガスのプラズマを用いて、前記フォトレジストパターンをストリップするステップと
を含むことを特徴とするフォトレジストのストリップ方法。 Forming a photoresist pattern exposing a portion into which ions are implanted on a predetermined material layer;
Implanting an impurity element into the predetermined material layer using the photoresist pattern as an ion implantation barrier;
Stripping the photoresist pattern by using plasma of a mixed gas containing at least a hydrocarbon-based gas.
異なる温度で順次行うことを特徴とする請求項1に記載のフォトレジストのストリップ方法。 Stripping the photoresist pattern;
2. The method of stripping a photoresist according to claim 1, wherein the stripping is performed sequentially at different temperatures.
炭化水素系ガス及び酸素ガスの混合ガスのプラズマを用いて、第1温度で行う第1ステップと、
炭化水素系ガス及び酸素ガスの混合ガスのプラズマを用いて、前記第1温度より高い第2温度で行う第2ステップと、
炭化水素系ガス単独のプラズマを用いて行う第3ステップと
を含むことを特徴とする請求項2に記載のフォトレジストのストリップ方法。 Stripping the photoresist pattern comprises:
A first step performed at a first temperature using plasma of a mixed gas of hydrocarbon-based gas and oxygen gas;
A second step performed at a second temperature higher than the first temperature using plasma of a mixed gas of hydrocarbon-based gas and oxygen gas;
The method of stripping a photoresist according to claim 2, further comprising: a third step performed using plasma of a hydrocarbon gas alone.
前記炭化水素系ガスとして、CH4ガス又はC2H4ガスを用いることを特徴とする請求項3に記載のフォトレジストのストリップ方法。 In the first step to the third step,
The photoresist stripping method according to claim 3, wherein CH 4 gas or C 2 H 4 gas is used as the hydrocarbon-based gas.
プラズマ発生用電気エネルギとして、マイクロ波及びRFバイアスを併用することを特徴とする請求項3に記載のフォトレジストのストリップ方法。 In the first step to the third step,
4. The photoresist stripping method according to claim 3, wherein a microwave and an RF bias are used in combination as electric energy for generating the plasma.
前記不純物元素がイオン注入された前記所定の物質層に対して、少なくとも脱イオン水を含む溶液を利用したリンス処理を行うステップ
をさらに含むことを特徴とする請求項1〜8のいずれかの項に記載のフォトレジストのストリップ方法。 After the step of ion implanting the impurity element,
The rinsing process using a solution containing at least deionized water is further performed on the predetermined material layer into which the impurity element is ion-implanted. A method for stripping a photoresist according to claim 1.
ポリシリコン層であることを特徴とする請求項1に記載のフォトレジストのストリップ方法。 The predetermined material layer for ion implantation is
2. The method of stripping a photoresist according to claim 1, wherein the photoresist is a polysilicon layer.
砒素、リン及びボロンのうちのいずれか1つであることを特徴とする請求項13に記載のフォトレジストのストリップ方法。 The impurity element ion-implanted into the polysilicon layer is
14. The photoresist stripping method according to claim 13, wherein the photoresist stripping method is any one of arsenic, phosphorus and boron.
前記フォトレジストパターンをイオン注入バリアとして、前記所定の物質層に不純物元素をイオン注入するステップと、
少なくともN2H2ガスを含む混合ガスのプラズマを用いて、前記フォトレジストパターンをストリップするステップと
を含むことを特徴とするフォトレジストのストリップ方法。 Forming a photoresist pattern exposing a portion into which ions are implanted on a predetermined material layer;
Implanting an impurity element into the predetermined material layer using the photoresist pattern as an ion implantation barrier;
Stripping the photoresist pattern using plasma of a mixed gas containing at least N 2 H 2 gas.
N2H2ガス及びO2ガスの混合ガスのプラズマを用いて、第1温度で行う第1ステップと、
N2H2ガス及びO2ガスの混合ガスのプラズマを用いて、前記第1温度より高い第2温度で行う第2ステップと、
N2H2ガス単独のプラズマを用いて行う第3ステップと
を含むことを特徴とする請求項15に記載のフォトレジストのストリップ方法。 Stripping the photoresist pattern comprises:
A first step performed at a first temperature using plasma of a mixed gas of N 2 H 2 gas and O 2 gas;
A second step performed at a second temperature higher than the first temperature using plasma of a mixed gas of N 2 H 2 gas and O 2 gas;
The method of stripping a photoresist according to claim 15, further comprising: a third step using a plasma of N 2 H 2 gas alone.
プラズマ発生用電気エネルギとして、マイクロ波及びRFバイアスを併用することを特徴とする請求項16に記載のフォトレジストのストリップ方法。 In the first step to the third step,
17. The photoresist stripping method according to claim 16, wherein a microwave and an RF bias are used in combination as electric energy for generating plasma.
前記不純物元素がイオン注入された前記所定の物質層に対して、少なくとも脱イオン水を含む溶液を利用したリンス処理を行うステップ
をさらに含むことを特徴とする請求項15〜20のいずれかの項に記載のフォトレジストのストリップ方法。 After the step of ion implanting the impurity element,
The rinsing process using a solution containing at least deionized water is further performed on the predetermined material layer into which the impurity element is ion-implanted. A method for stripping a photoresist according to claim 1.
ポリシリコン層であることを特徴とする請求項15に記載のフォトレジストのストリップ方法。 The predetermined material layer for ion implantation is
16. The method of stripping a photoresist according to claim 15, wherein the method is a polysilicon layer.
砒素、リン及びボロンのうちのいずれか1つであることを特徴とする請求項25に記載のフォトレジストのストリップ方法。 The impurity element ion-implanted into the polysilicon layer is
26. The method of stripping a photoresist according to claim 25, wherein the photoresist strip is any one of arsenic, phosphorus and boron.
前記第1フォトレジストパターンをイオン注入バリアとして、前記ポリシリコン層に第1不純物元素をイオン注入するステップと、
少なくともN2H2ガスを含む混合ガスのプラズマを用いて、前記第1フォトレジストパターンをストリップするステップと、
前記ポリシリコン層上に、前記第1不純物元素がイオン注入された領域を除いた残りの領域を露出させた第2フォトレジストパターンを形成するステップと、
前記第2フォトレジストパターンをイオン注入バリアとして、前記ポリシリコン層に第2不純物元素をイオン注入するステップと、
少なくともN2H2ガスを含む混合ガスのプラズマを用いて、前記第2フォトレジストパターンをストリップするステップと
を含むことを特徴とするフォトレジストのストリップ方法。 Forming a first photoresist pattern exposing a portion of the polysilicon layer on the polysilicon layer;
Implanting a first impurity element into the polysilicon layer using the first photoresist pattern as an ion implantation barrier;
Stripping the first photoresist pattern using a plasma of a mixed gas containing at least N 2 H 2 gas;
Forming a second photoresist pattern on the polysilicon layer, exposing a remaining region excluding a region where the first impurity element is ion-implanted;
Ion-implanting a second impurity element into the polysilicon layer using the second photoresist pattern as an ion implantation barrier;
Stripping the second photoresist pattern using a mixed gas plasma containing at least N 2 H 2 gas.
それぞれ、前記N2H2ガス及びO2ガスの混合ガスのプラズマを用いて、第1温度で行う第1ステップと、
前記N2H2ガス及びO2ガスの混合ガスのプラズマを用いて、前記第1温度より高い第2温度で行う第2ステップと、
N2H2ガス単独のプラズマを用いて行う第3ステップと
を含むことを特徴とする請求項28に記載のフォトレジストのストリップ方法。 Stripping the first photoresist pattern and stripping the second photoresist pattern;
A first step performed at a first temperature using plasma of a mixed gas of the N 2 H 2 gas and O 2 gas,
A second step performed at a second temperature higher than the first temperature using a plasma of a mixed gas of the N 2 H 2 gas and the O 2 gas;
29. The method of stripping a photoresist according to claim 28, comprising: a third step using a plasma of N 2 H 2 gas alone.
プラズマ発生用電気エネルギとして、マイクロ波及びRFバイアスを併用することを特徴とする請求項29に記載のフォトレジストのストリップ方法。 In the first step to the third step,
30. The photoresist stripping method according to claim 29, wherein a microwave and an RF bias are used in combination as electrical energy for generating plasma.
前記第1不純物元素がイオン注入されたポリシリコン層又は第2不純物元素がイオン注入されたポリシリコン層に対して、少なくとも脱イオン水を含む溶液を利用したリンス処理を行うステップ
をさらに含むことを特徴とする請求項28〜33のいずれか1項に記載のフォトレジストのストリップ方法。 After the step of ion-implanting the first impurity element or the step of ion-implanting the second impurity element, the polysilicon layer into which the first impurity element is ion-implanted or the polysilicon into which the second impurity element is ion-implanted, respectively The method for stripping a photoresist according to any one of claims 28 to 33, further comprising: rinsing the layer using a solution containing at least deionized water.
ビームラインイオン注入法又はプラズマドーピング法で実施することを特徴とする請求項38又は39に記載のフォトレジストのストリップ方法。 Ion implantation of the first impurity element and the second impurity element;
40. The photoresist stripping method according to claim 38 or 39, wherein the stripping method is performed by a beam line ion implantation method or a plasma doping method.
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